工艺工法QCQC成果攻克零下30℃厚钢板大截面焊缝焊接难题.doc

攻克零下30厚钢板大截面焊缝焊接难题广场钢结构QC小组1. 课题概述广场办公楼一地下4层、地上68层，建筑高度350.6米，工程总用钢量约6万吨，钢材材质为Q345C和Q345GJC，钢结构施工工期为2009年7月至2013年5月，跨越3个冬季施工。钢柱最大截面尺寸为十字型1200×2200×90×90mm，此种焊接接点焊缝密集焊接量巨大，由四条90×1100 mm的腹板焊缝和四条90×1200mm的翼缘板焊缝组成，焊接熔敷金属近300公斤，此种超厚钢板在零下30摄氏度环境下焊接无先例可循。QC小组调查历年天气情况发现，连续5年冬季施工时间为11月份至第二年3月份，长达4个月之久，占据全年时间的1/3，零下15摄氏度天气占据冬季施工天气2/3，最低温度达到零下32摄氏度，为满足施工进度要求，钢结构冬季焊接施工必须开展，如何控制低温厚钢板焊接质量，是项目部需重点解决的一个难题。2. QC小组简介表1：小组简介表小组名称广场工程钢结构QC小组课题名称攻克零下30厚钢板大截面焊缝焊接难题注册时间2009年11月20日课题注册编号小组类型攻关型活动频率1次/周活动时间2009年11月至2010年3月小组人数10人小组成员姓名学历年龄职务职称职责小组分工受QC教育时间出勤率本科45项目经理高级技师组长全面负责100h90%本科32执行经理工程师副组长组织策划120h100%专科44生产经理高级技师副组长组织实施120h100%本科31商务经理工程师组员组织实施120h100%专科31经理助理助理工程师组员组织实施120h100%专科29质量负责人助理工程师组员质量监督120h100%中专36工程部经理技师组员现场管理110h100%专科25技术部副经理助理工程师组员技术指导120h100%本科26技术员助理工程师组员资料记录120h100%中专26安全负责人技师组员安全监督120h100%制表人： 时间：2009.11.103. 选题理由摆在QC小组面前的新课题v 1、施工现状：由于整体施工工期安排紧凑，而沈阳地区冬季低温天气时间长，为总体目标的实现，钢结构低温天气施工势在必行。v 2、焊接难点:钢柱截面尺寸为十字形1200×2200×90×90mm，此种对接焊缝焊接时间长，过程工艺复杂，且在零下30摄氏度环境下焊接无先例可循。v 3、攻关目的：攻克零下30摄氏度超厚钢板焊接难题，为今后类似工程提供了数据支持和宝贵经验。攻克零下30厚钢板、大截面钢构件焊接难题4. 现状调查2009年11月20日，沈阳地区天气已降至20以下，小组成员对2009年11月20日至2009年12月1日焊接的119条焊缝经过多次反复超声波和磁粉检测，共发现18条焊缝存在质量问题，通过QC小组成员总结、归纳、整理，作出调查表和排列图如下： 表2：质量问题调查表序号质量问题检查数量（条）频 数（条）不合格频率累积不合格频率整体不合格率1焊缝两侧未溶合119844.44%44.44%6.72%2焊缝内部气孔738.89%83.33%5.88%3延迟裂纹15.56%88.89%0.84%4焊缝外观缺陷15.56%94.44%0.84%5其他原因15.56%100%0.84%合计1191815.1%频数=18累积频率（%）根据现状调查情况，绘制排列图不合格频数排列图261008117延迟裂纹外观缺陷内部气孔1其他原因181402040608083.3388.8944.4494.44焊缝两侧未溶合100图1：质量问题排列图绘制人： 时间：2009.12.4结论：从排列图可以看出，影响焊接质量的主要问题（A类）是：1.焊缝两侧未溶合。2.焊缝内部气孔。要保证焊接质量，重点在于控制上述两个关键的质量问题，所以上述两个质量问题的控制和管理将作为小组本次活动的主要任务5. 活动目标及可行性分析（一）活动目标基于现场焊接合格率仅为84.9%，结合项目部对工程质量目标的分解，确定本次活动的目标值为：零下30厚钢板大截面钢结构焊接一次合格率达到95%。（二）目标可行性分析图2：目标可行性分析图制图人： 时间：2009.12.66. 原因分析小组成员运用TQC理论和方法，采用因果分析图，从 “人、机、料、法、环和测量”六个方面对产生问题的原因进行讨论分析，绘制因果分析图如下： 检测仪器未定期校核操作人员 焊缝两侧未溶合焊接材料 机械设备 焊接环境 工艺方法培训不够责任心差焊材与母材不匹配加热系统热输出不够焊接应力过大焊接防护棚过于单薄冷风进入棚内焊前准备不到位 质量意识不强缺乏施工经验未按工艺评定选用焊丝焊接线能量偏低焊缝受热不均匀焊前预热、层间温度、后热处理及缓冷措施不到位测量检查 测量仪器误差大业务素质低焊接区域热量散失快 焊接顺序不合理管理执行力不足图3：因果分析图（a） 检测仪器未定期校核操作人员 焊缝内部气孔焊接材料 机械设备 焊接环境 工艺方法培训不够责任心差气体纯度不满足要求加热系统热输出不够焊缝未清理干净低温天气造成皮管内结冰 质量意识不强缺乏施工经验CO2气体含水量偏高气体压力不够焊缝根部存在铁锈测量检查 测量仪器误差大业务素质低气体输出不流畅焊接区域热量散失快 焊接防护棚过于单薄冷风进入棚内图4：因果分析图（b）制图人： 时间：2009.12.77. 要因确认从因果分析图可以看出，引起焊缝两侧未溶合和焊缝内部气孔的末端因素有14条，小组成员通过现场调查分析等方法认真确定要因4条：表3：要因确认表序号末端因素要因确认确认方法责任人验证时间是否要因1培训不够所有焊工均是持有相应焊接上岗证的熟练技工，经过技术交底和岗前培训的占100%。现场调查2009.12.8否2质量意识不强经过焊工考试挑选出20名合格焊工，技术水平高，操作能力强。现场试验2009.12.8否3人员缺乏施工经验焊接人员平均参加工作时间6年，焊接经验丰富。现场调查2009.12.8否4CO2气体含水量偏高1、 选用沈阳市优秀气体供应商，诚信度高。2、 气体进场有检测证书，纯度达到99.99%现场分析2009.12.9否5未按工艺评定选用焊丝本工程母材为类钢，牌号Q345GJC和Q345C，选择与母材相匹配的ER50-G焊丝，并通过焊接工艺评定试验确认，满足设计要求现场调查2009.12.10否6检测仪器未定期校核焊缝探伤仪器经过相关检查单位校核，仪器灵敏反应度满足要求调查分析2009.12.10否7气体压力不足焊接气体集中存放焊机房内，机房密封保温，棚内采用电油汀加热，实现正温管理，保障气体正常气化调查分析2009.12.14否8焊接线能量偏低采用山大奥太NBC-5OO二氧化碳气体保护焊，焊接时能在较快时间内得到较大的热输入。调查分析2009.12.10否9低温天气造成皮管内结冰采用加热型二氧化碳减压表稳定和加热输出气体，流出气体基本控制在5至10之间，不会产生结冰现象。现场检查2009.12.11否10焊接防护棚过于单薄在-30气候条件下，一张防风布搭设的焊接防护棚过于单薄，通过加热处理后，棚内也难以持续保证在正温状态。且遇到强风天气，冷空气容易透入，棚内温度无法达到零度以上，严重影响低温焊接质量。现场检查2009.12.12是11管理执行力不足零下30厚钢板大截面焊缝的焊接工艺复杂，无论是人员素质、技术水平、物资保障、材料准备、工艺方法、现场协调中的任何环节出现漏洞，就有可能造成焊缝质量问题，因此现场管理极为重要。现场检查2009.12.11是12焊接顺序不合理本工程为十字型 2200×1200×90×90mm对接焊缝，此种焊缝截面大、焊接熔敷金属近300公斤，焊接时间长，在-30低温气候条件下，必须合理安排焊接顺序，保证焊缝均匀受热，避免焊缝因冷却过快产生裂纹。调查分析2009.12.13是13焊前预热、层间温度、焊后处理及缓冷措施不到位厚钢板、大截面焊缝的焊接会产生较大的焊接收缩应力，焊缝在骤冷骤热之间，极易造成焊缝撕裂，出现质量问题。采取正确的预热、层间温度控制，焊后后热及保温缓冷措施，减缓焊缝热影响区的温度变化速度，能有效的逸出焊缝中的扩散氢和消除焊接应力，因此每项工艺措施都至关重要。调查分析2009.12.13是14焊缝根部存在铁锈焊前每条焊缝内部均进行钢丝球抛光除锈。现场检查2009.12.10否制表人： 时间：2009.12.15通过逐条要因确认，主要原因确定有以下四条：1）焊接防护棚过于单薄；2）管理执行力不足；3）焊接顺序不合理；4）焊前预热、层间温度、焊后处理及缓冷措施不到位。8. 制定对策表4：制定对策表要因对策措施目标地点责任人完成时间1焊接防护棚过于单薄加厚防护棚，并内部进行加热搭设双层防护棚，在焊接前1小时采用电油汀在棚内加热，并在棚内悬挂温度计，跟踪检查环境温度。实现焊接区域温度正温状态施工现场孟祥君2009.12.15 2管理执行力不足QC小组人员轮流值班项目部安排QC人员24小时值班，负责现场协调、记录焊接各项数据和资料收集。每条焊缝按低温焊接工艺要求一次性焊接完成，资料记录完整。汪晓阳2009.12.183焊接顺序不合理排定焊接顺序钢构件节点焊接顺序要求由四名焊工对称焊接。首先对称焊接腹板焊缝，再对称焊接翼缘板焊缝。焊缝热影响区均匀受热，且不出现骤热骤冷现象。李章军2009.12.154焊前预热、层间温度、焊后处理及缓冷措施不到位按焊接工艺评定执行编制现场零下30摄氏度厚钢板大截面焊缝焊接作业指导书，并对现场作业人员交底。严格按工艺执行陈晓冬2009.12.25制表人： 时间：2009.12.159. 实施措施实施措施一：搭设双层防护棚。在施焊前24小时使用脚手架管、脚手板、层板、石棉被和防火布搭设双层焊接防护棚。焊接防护棚上部稍透风、兼具防一般小物体的打击功能；中部宽松，能抵抗强风，不致使大股冷空气透入，达到保温暖棚效果；下部承载力足够四名作业人员和两名管理记录人员同时作业，稳定、无晃动；中部及下部防护采用阻燃材料遮蔽严实，防止焊接产生火花坠落同时防止劲风从底部侵入。图5：实施措施一效果图效果：实施后，QC小组检查最先搭设的八根十字形大截面钢柱焊接围护棚内，经测量棚内温度在2至8之间，达到预定目标。如下表所示。表5：焊接围护棚内温度检测统计表 构件号搭设时间实时气候温度测温时间实时棚内温度1D-12010年1月2日8:30-252010年1月2日12:0071D-22010年1月2日10:00-232010年1月2日12:0041D-32010年1月3日22:00-302010年1月3日23:3051D-42010年1月3日22:30-312010年1月3日24:0081D-52010年1月4日18:30-282010年1月4日20:3031D-62010年1月4日19:30-262010年1月4日20:3051D-72010年1月5日7:50-312010年1月5日8:2021D-82010年1月5日9:30-282010年1月5日11:004制表： 时间：2010.1.6实施措施二：项目部安排管理人员24小时跟踪检查。每天专人收集气象预报的信息，掌握天气变化情况，恶劣天气来临前，在不能完成节点焊接时，不增设新接点焊接。如遇天气突变或特殊情况中途必须停止焊接，应立即对焊缝进行加热和保温处理（加热与焊后热处理要求相同），当焊缝再次焊接时重新对焊缝进行加热，值班人员重新对焊缝两侧温度进行检测，加热温度比焊前预热温度相应提高2030。 焊接前，项目技术人员对焊接工人进行焊接工艺、流程交底，并调试好焊接设备，同时安排管理人员24小时值班，进行焊接过程的工艺控制和数据记录；焊接完成后，质检人员检查外观合格后、经具有相关检测资质探伤单位检测合格后出具检测报告。效果：QC小组人员记录每条焊缝焊接过程工艺参数，资料收集完整，并及时进行总结，为后续工程积累宝贵经验。实施措施三：钢构件焊接节点要求有四名焊工对称焊接。“十”字型厚钢板大截面钢柱焊接节点采取四名焊工，每班8小时轮班的焊接方法，连续焊接直至整个接点完成。 “十”字型厚钢板大截面钢柱的焊接节点，第一步先同步、对称、同速完成腹板焊接，紧接着对已焊接完成的腹板进行后热保温处理，再以相同方法完成翼缘板的焊接和后热保温处理，（见右图）为焊接第一部分，为焊接第二部分。 图6：焊接顺序图制图： 时间：2009.12.25效果：焊缝热影响区均匀受热，温度变化范围控制在20之内，满足焊接工艺评定要求。实施措施四：编制现场零下30摄氏度厚钢板大截面焊缝焊接作业指导书，并严格执行施工。焊前使用多支大功率烤枪采用氧气和乙炔气体的中性焰加热，烘烤范围为焊缝两边各300mm范围。焊前母材加热温度控制在100以上。焊前预热在焊缝正面进行加热，温度监控线设置在坡口两侧大于100mm位置，两侧测温点不少于三处；测量温度为焊缝加热部位正、反两面的温度，温度测量时停止焊缝部位的烘烤。图7：实施措施四效果图(a)制图人： 时间：2009.12.25焊接层间温度控制在100 200 范围内，通过多道多层和窄道焊接的方法保证焊缝整体温度均匀。焊接过程中，层间温度不可避免地会因剔除焊瘤、清除焊接渣膜飞溅、更换焊材、机具调整、焊接防护物品、使用高风速碳弧气刨等因素影响，而造成温度降低，必须随时利用红外测温仪观察层间温度，如发现低于规定温度时，立即进行加热补偿。单节点焊缝应连续焊接完成，不得无故停焊，层间温度过低或超高时，应立即采取补热和停焊降温的方法，待层间温度达到要求后在进行焊缝焊接。 焊后使用两把烤枪对焊缝正面两侧300mm范围内进行烘烤，使整体后热温度达到250 300 后，加盖至少60mm厚的保温性能好、耐高温保温棉包裹严实围护后不可随意对围护区遮蔽措施进行拆解。图8：实施措施四效果图（b）效果：实施后，QC小组记录开始八根十字形大截面钢柱焊接过程温度，如下表所示：表6：焊接过程温度统计表 构件号棚内温度（）焊前预热温度（）层间温度（）焊后后热温度（）保温4小时后焊缝两侧温度（）1D-1713107118140255341D-2412110120143264391D-3513103109123260481D-4815107110132275421D-5310105117139249361D-6512120123161279411D-729101109137286321D-841010811213527430制表人： 时间：2010.1.10焊前加热过程中，棚内温度持续提高，能达到15左右；焊接过程中，焊缝两侧层间温度控制在100至140之间；焊后整体温度达到250左右后进行石棉布包裹，四小时后进行测量，焊缝两侧温度仍保持在30至50之间。满足规范要求，达到预定目标。10. 效果检查小组成员认真落实对策，从2010年1月1日至2010年1月18日焊接完成办公楼一第一节外框钢柱对接焊缝，焊接焊缝140条，外观检查全部合格，经三次探伤检测，返修两条，合格率为98.6%、，与调查表二对比结果如下表：表7：效果检查对比表 序号质量问题实施前检查点数实施后检查点数实施前不合格项实施后部合格项实施前不合格率实施后不合格率1未溶合119140816.7%0.7%2气孔715.8%0.7%3延迟裂纹2001.7%04焊缝外观缺陷100.8%0合计11914018215.1%1.4%实施后零下30厚钢板大截面焊缝合格率100%-(2÷140)×100%=98.6%制表人： 时间：2010.1.19经上述总结计算，开展QC活动后，零下30厚钢板大截面焊缝合格率为98.6%。达到了预期的实施效果。图9：活动前、目标值和活动后效果对比柱状图制图人： 时间：2010.1.192010年1月19日至2010年2月28日小组在巩固期42d内，QC小组严格按照对策措施组织施工，小组检查了3次，结果能够保持焊接通过率的目标现状。现状跟踪抽查图如下：图10：效果跟踪抽查图制图人： 时间：2010.2.2911. 效益分析北方冬季钢结构施工，正常有“冬休”期，人员需放假休息，设备需封存，后续施工无法跟进。本QC小组活动由于措施采用得当，焊接人员连续工作创造价值，提高了焊接设备利用率，也为后续工序的跟进创造了条件，抢抓冬季施工可出形象赶紧度，有相当的社会效益和经济效益。经济效益：经项目成本部门核实共节约成本1016000.00元，见计算详表：表8：节约成本一览表序号项目内容预计实现的社会和经济效益1节约工期4个月/每年2节约塔吊停滞费12万/月×4月480000.00元3节约其它施工设备停滞费4万/月×4月160000.00元4节约人工费用80元/天.人×20人×160天=256000.00元5节约办公管理费用3万/月×4月120000.00元合计1016000.00元制表人： 时间：2010.2.25社会效益：本次QC攻关活动对北方地区冬季钢结构施工，确保了在低温环境下高质量高效率地完成厚钢板焊接施工，极大地推动了整个工程项目的工期提前，有利于关键线路工期的压缩，对业主及参建各方均有非常积极的意义。12. 成果巩固根据本次活动，QC小组编制了零下30摄氏度超厚钢板焊接攻关交流资料，并在2010年9月公司质量月期间，在北京分公司范围内进行交流汇报。本次攻关活动的成功，项目部编制了零下30摄氏度厚钢板大截面焊缝焊接施工工法，已在2011年3月15日获批为局级工法，并正在积极申报优秀省级工法。本次攻关活动的成果，将为后续类似工程提供宝贵的施工经验。13. 总结及打算QC活动总结：本次QC活动，是沈阳市府恒隆广场项目第一个QC课题，如此寒冷环境下超厚钢板焊接在尚属首次，QC活动的圆满成功，对QC团队的团队精神、质量意识、进取精神、创新思想、工作热情干劲和QC工具运用技巧等综合素质有了很好的检验。QC小组在总结中对小组成员的综合素质自我评价如下表所示：表9：小组成员的综合素质自我评价表序号评价内容活动前活动后1团队精神78912质量意识75953进取精神90924创新思想70955工作热情干劲82906QC工具运用技巧6485制表人： 时间：2010.2.28从上表可以看出：1） QC活动前进取精神较强，在QC活动后得到进一步加强2） 在团队精神、质量意识、创新思想、工作热情干劲上有非常大的提高。3） 在QC工具运用技巧上需进一步提高。下一步打算：下一个课题计划开展“提高核心筒墙内埋件安装质量”，QC小组成员需更加开拓思路，提高综合能力和创新能力。 第 12 页 共 11 页