提高大口徑螺旋鋼管焊接連接
一次合格率的研究與實踐
【關鍵詞】 螺旋鋼管; 焊接連接;
1.工程概況
周鄧公路污水干管完善工程，滬南路至周園路段 5 ～ 6 號井，采用 336m 拖拉鋼管過咸塘港，螺旋管自動埋弧焊接鋼管 DN800，壁厚 14mm，外徑 820mm，12m /節，共 28 節。焊縫長度 2512mm / 節，總長度 67824mm。外壁涂環氧瀝青加強級防腐。現場焊縫采用手工電弧 焊焊接連接，焊縫屬二類焊縫，滿足《現場設備、工業管 道焊接工程施工質量驗收規范》( GB 50683—2011 ) 要求。
螺旋管在鋼管廠家內加工成雙邊Ⅴ形坡口角度60°( 見圖 1) 。焊接方法: 現場手工電弧焊，焊絲打底， 焊條填充、蓋面。焊接方式: 平焊、立焊、仰焊( 見圖2) ; 焊接流程: 焊前準備→焊口預熱→根焊、熱焊、填充、蓋面→焊后檢驗→焊縫返修及復檢。焊前要求進行鋼結構焊縫工藝評定，焊絲和焊條材質要與母材相匹配，確定電壓和電流穩定值范圍。
圖1 焊口倒角形式示意圖
圖2 平焊、立焊、仰焊 示意圖
2.選擇課題理由
經對周鄧公路污水干管完善工程 5 ～ 6 號井拖拉管施工進度計劃、質量要求進行深度分析，選題理由如下:
a.本工程自動埋弧焊接螺旋鋼管 DN800 由廠家內制作而成，壁厚 14mm，外徑 820mm; 管材口徑大、焊接接口多: 12m / 節，共 28 節，27 個焊縫接口。
b.螺旋鋼管運至現場安裝焊接連接施工，焊接方法有平焊、立焊、仰焊，其中仰焊焊縫質量控制難度大。
c.現場焊接作業環境較為惡劣: 根據現場勘查， 滬南路至周園路段處于人口最為集中區域，道路為兩 車道漸變四車道，道路兩邊為商業與居民集中地，車流 量較大，征得交警部門的支持后，在周鄧公路中間占用 一車道進行鋼管拼裝焊接施工，作業面有限，分三段進 行焊接拼裝。待回拖施工前兩天，將三段鋼管焊接成 一段，回拖施工當天交警對周東路路口進行封路，整體 移管至出土點進行回拖施工。
d.地下工程拖拉作業不可預見因素較多，危險系
數較高，拖拉過程中對焊縫產生軸力影響大。
e.因現場條件限制，本次拖拉管軸線從橋樁中間穿越，且埋地較深; 施工現場周邊為居民小區集中區域; 工程范圍內地下管線較多; 如未能一次性拖拉成功，拖拉管過程中管道焊縫出現嚴重缺陷，將影響工程進度，增加施工成本。
3.調查現狀
為了更好地對螺旋管鋼管焊接進行全過程質量控制，QC 小組收集了相關焊接資料，熟悉了相關焊接規范和驗收要求，查閱了相關工程歷史數據( 數據來源于本工程拖拉管施工專業分包單位歷史業績) ，收集了58 個焊口射線檢測數據，共拍片 1450 張，不合格拍片143 張，一次合格率僅為 90% 。結合檢測數據和現場調查發現，檢測不合格原因全部為焊接作業缺陷，包括焊接咬邊、氣孔、夾渣、未熔合、燒穿、焊接裂紋等。
確定在大口徑螺旋鋼管焊接接頭中，焊縫和熱影 響區是容易產生各種缺陷的地方，而焊接咬邊、氣孔、夾渣、未熔合、燒穿、焊接裂紋等是主要焊接缺陷形式， 也常常是使大口徑螺旋鋼管發生質量事故的起源。焊接質量缺陷分類統計見表 1。
表1 焊接質量缺陷分類統計表
小組通過焊縫質量問題因素統計表以及焊縫質量 問題因素排列圖( 見圖 3) 發現，影響焊縫質量的關鍵因素為“氣孔”和“未熔合”，累計百分比達到 79.1% ，是 QC小組需要解決的主要問題。
圖3 焊縫質量問題因素排列表
4.設定目標
螺旋鋼管現場焊接連接是整個拖拉管工程重要實施部分，每道焊縫焊接質量好壞直接影響拖拉施工成功率及后期使用年限，如監理在螺旋鋼管焊接質量把關不到位，將會對工程總進度、安全、成本、使用年限以及排污水效果形成關鍵影響，根據本工程螺旋鋼現場焊接特點，小組成員經過多次討論，認定在公司強大的技術力量支持下，小組成員通過努力將上述兩個關鍵問題解決 80% 以上，是可以達到的，按此推算，螺旋鋼管焊接連接合格率可提高到: 90% + ( 1 － 90% ) ×79. 1% × 80% = 96. 32%
確定目標為: 大口徑螺旋鋼管焊接連接一次合格率提高到 96. 32% ，外觀質量達到Ⅱ級焊縫要求。
5.原因分析
經 QC 小組成員召開“諸葛亮會”，采用頭腦風暴法，從“人、機、料、法、環、測”等方面對鋼管焊接過程中可能引起焊接缺陷進行了因果分析，小組人員認真仔細整理資料，繪制關聯圖( 魚刺圖) ，共整理出末端原因 14 個( 見圖 4) 。
圖4 焊接問題影響因素關聯圖
6.確定主要原因
6.1確定主要原因
按照已制定的要因確認計劃，小組針對 14 個末端要因逐一進行了驗證，最終確定了 5 個主要要因(見表2) ，并確認如果焊接精度達不到要求，焊接接口出現內外質量缺陷，致使拖拉過程焊接接口出現裂縫，嚴重的 會直接斷裂，影響整個工程進度、施工成本、使用壽命，及后期排污水效果。
表2 原因確認對策
7. 制定對策
小組成員針對 5 個要因，經過認真分析，從實際出發，制定出具體可行的對策措施，見表 3
表3 要因對策
8.對策實施
8.1 對策實施一: 加強責任教育，崗前培訓，及技術交底
a.督促施工單位落實崗位責任制度，制定并落實培訓計劃和崗前培訓及進行技術交底，主要針對焊接質量控制和管道連接施工工藝進行詳細講解，使每一名施工人員都掌握施工要點和技術要求，并做到責任分明，落實到位。
b.參加施工項目部技術部門組織的焊接質量重點、關鍵點集中培訓考核，落實責任制。
c.參加現場安全質量技術再次交底，根據工程特點及現場施工情況，再次強調施工安全、焊接質量要求。
d.對策實施一效果驗證: 小組成員分別對現場作業焊工進行階段性考核，所有在場人員崗前培訓覆蓋率達到 100% ，考核成績達標率 100% 。
按照建設單位的要求，焊縫正式焊接前對鋼結構焊縫進行工藝性評定，小組成員見證鋼結構焊接及跟蹤送檢。據報告顯示抗拉強度及彎曲試驗均合格，符合要求。
8.2 對策實施二: 落實專人負責焊接過程電流電壓控制根據本工程螺旋鋼管板厚及坡口角度寬度、焊縫厚度、焊材特性要求及焊工現場調試確定焊縫焊接過程中電流控制在 I = 180 ～ 210A，電壓控制在 U = 22 ～ 24V。根據焊接方式適當對電流和電壓進行調整， 落實專人對焊接過程中的電壓、電流進行把控，確保不 因電流和電壓的失誤造成焊縫質量缺陷。
b.對策實施二效果驗證: 小組成員對焊縫焊接過程的電壓、電流進行了巡視檢查，均按照設定的電壓、電流控制，并記錄電流、電壓巡視檢查記錄。
8.3 實施三: 使用管道外對口器配合傳統對口措施
a.為了保證焊口對接質量，小組人員要求施工單位按照管徑要求定制兩套對口固定裝置，保證了焊口錯口偏差( 見圖 5) 。
圖5 對口矯正器示意圖
b.小組成員針對如何正確應用管道外對口器與現行吊裝就位相結合施工工藝與施工流程對所有作業人員進行了技術交底。并對管口對接現場監督管理。
c.對策實施三效果驗證: 小組成員實測實量了使用對口器完成的管道對接焊口錯邊量，27 道螺旋管焊口，錯口偏差均不大于 2mm，錯口偏差合格率 100% 。
8.4 實施四: 專人負責焊口清理、打磨
a.針對施工過程中的“四焊五清”( 根焊前清理， 熱焊前清理，填充焊前清理，蓋面焊前、后清理) ，小組成員要求施工單位派專人負責焊口清理及焊口打磨工作， 并配備專業焊口清理及打磨工具。每道工序必須經現 場監理工程師檢查合格后才能進行下層焊接施工。
b.對策實施四效果驗證: 小組成員對 27 個焊接口清理及打磨工作進行了旁站監督檢查，檢查焊前坡 口和坡口兩側是否按照要求進行了清理以及焊口打磨 情況。經查焊口已去除氧化膜并打磨出金屬光澤，焊 接區域無氧化膜，打磨紋路與焊縫方向平行且均勻。焊縫接口清理及打磨覆蓋率達到 100% 。焊口兩側打磨跨度在允許偏差 + 1mm 范圍內，焊口平整度均在允許偏差 2. 5mm 內，不存在雜質，焊接前干凈。
8.5 實施五: 專人負責坡口角度和間隙檢查控制
a.小組成員要求施工單位派專人負責原材進場檢查，特別是對坡口角度量測和焊縫對接留置的間隙進行控制。
b.對策實施五效果驗證: 小組成員對進場螺旋鋼管 27 個雙邊Ⅴ形坡口進行檢查，坡口角度均為 60°，有個別坡口局部不平整，坡口進度小于設計值，經過打磨后均符合設計要求。對現場 27 個坡口留置的間隙進行檢查，均控制在 2mm 內，符合要求。
9.效果檢查
9.1 實施效果 1
a.通過 QC 小組全體成員的共同努力，焊接外觀質量滿足《現場設備、工業管道焊接工程施工質量驗收規范》( GB 50683—2011 ) 的質量標準和允許誤差要求。27 個焊口在第三方檢測單位鋼結構無損檢測過程中未發現超標缺陷，此檢測項檢測結果合格，評定等級為Ⅰ級。
b.通過小組活動，本工程螺旋鋼管焊接連接一次，合格率已達100%，高于活動前制定的目 標值96. 32% ，達到了 QC 小組活動的目標。
9.2 實施效果 2
a.通過開展 QC 小組活動，提高了質量監督管理水平，不僅達到并超過了業主要求的合格率標準，而且大大降低了施工單位在鋼管焊接工序上發生質量問題的概率，同時避免了不必要的成本支出與工期延誤。
b.本次 QC 小組活動完善了工程項目質量管理體系，在鋼管焊接質量通病防治上取得了顯著的效果。
10.總 結
通過開展本次 QC 活動，小組成員在質量意識、團隊精神、個人能力、工作熱情及進取精神、QC 知識和技術熟練度等方面都有了不同程度的提高。從螺旋鋼管焊接實踐中發現問題、分析問題并及時解決問題，活動前后綜合素質得到全面提升。