(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710077)

1 引 言

目前，埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)在石油、化工、冶金、核工業(yè)、海洋工程等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用，該技術(shù)具有自動(dòng)化程度高、經(jīng)濟(jì)合理、焊縫成形美觀、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但在水電行業(yè)實(shí)屬空白。

隨著我國(guó)抽水蓄能電站建設(shè)高峰期的來(lái)臨，壓力鋼管制造安裝工程占比逐年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，將埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)引進(jìn)水電行業(yè)壓力鋼管制造安裝領(lǐng)域，特別是大直徑壓力鋼管制造安裝施工，已經(jīng)顯得十分必要。

由于新技術(shù)引進(jìn)過(guò)程中，焊接工藝評(píng)定的失敗，使技術(shù)研發(fā)工作進(jìn)入瓶頸期，攻克此項(xiàng)技術(shù)難題已迫在眉睫，故2014年5月12日成立QC小組，主要承擔(dān)焊接工藝評(píng)定研究的技術(shù)攻關(guān)工作。

2 QC小組概況

2.1 小組簡(jiǎn)介

QC小組簡(jiǎn)介見(jiàn)表1。

表1 QC小組簡(jiǎn)介

2.2 小組活動(dòng)計(jì)劃

QC小組活動(dòng)計(jì)劃見(jiàn)表2。

3 選題理由

a.埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)自動(dòng)化程度高、經(jīng)濟(jì)合理，具有很大的行業(yè)推廣價(jià)值。

b.焊接工藝評(píng)定為后續(xù)正式焊接施工提供工藝保證，是焊接施工前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

表2QC小組活動(dòng)計(jì)劃

c.前期焊接工藝評(píng)定工作受挫，使科研課題的開(kāi)展進(jìn)入了瓶頸期，亟待攻關(guān)。

4 現(xiàn)狀調(diào)查

查找近年來(lái)抽水蓄能電站相關(guān)資料：

a.彭水電站壓力鋼管母材為WDL610，直徑為14m，縱縫、環(huán)縫均采用手工電弧焊，加勁環(huán)采用CO2氣體保護(hù)焊，洞內(nèi)安裝采用手工電弧焊。

b.張河灣抽水蓄能電站壓力鋼管上平段及豎井段直徑為5.2～6.4m，焊接方法采用埋弧自動(dòng)焊、手工電弧焊及CO2氣體保護(hù)焊。

c.西龍池抽水蓄能電站壓力鋼管直徑為3.5～6.0m，焊接方法采用埋弧自動(dòng)焊、手工電弧焊。

d.呼和浩特抽水蓄能電站壓力鋼管直徑為4.6～5.4m，焊接方法采用埋弧自動(dòng)焊、手工電弧焊及CO2氣體保護(hù)焊。

e.浙江仙居抽水蓄能電站壓力鋼管直徑為4.6～6.2m，焊接方法采用埋弧自動(dòng)焊、手工電弧焊及CO2氣體保護(hù)焊。

f.河北豐寧抽水蓄能電站壓力鋼管直徑為2.4～5.8m，焊接方法采用埋弧自動(dòng)焊、手工電弧焊及CO2氣體保護(hù)焊。

從上面實(shí)例可以看出，在水電壓力鋼管制造安裝領(lǐng)域，對(duì)于鋼管縱縫和環(huán)縫焊接，多采用手工電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊(平焊)等焊接工藝。目前國(guó)內(nèi)水電行業(yè)對(duì)此技術(shù)暫無(wú)研究，沒(méi)有可供參考的技術(shù)參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

新技術(shù)引進(jìn)過(guò)程中，前期焊接工藝評(píng)定的失敗，使技術(shù)研發(fā)工作進(jìn)入瓶頸期，攻克此項(xiàng)技術(shù)難題已迫在眉睫。

5 設(shè)定目標(biāo)

QC小組活動(dòng)目標(biāo)是完成焊接工藝評(píng)定，攻克技術(shù)難題，為后續(xù)科研項(xiàng)目開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

6 原因分析

小組成員設(shè)定課題目標(biāo)后分別從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)、透徹的剖析，并總結(jié)出了12個(gè)末端因素如圖1所示。

圖1 埋弧自動(dòng)橫焊焊接工藝評(píng)定魚(yú)刺圖

7 確定要因

小組成員通過(guò)對(duì)圖1中總結(jié)的12條末端因數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、檢測(cè)取證、原因分析。召開(kāi)了小組總結(jié)會(huì)，對(duì)12條末端因素進(jìn)行了分析、論證、逐一排除，并確定了造成埋弧自動(dòng)橫焊焊接工藝評(píng)定試板失敗的要因。詳見(jiàn)表3。

表3 要 因 分 析

結(jié)論：通過(guò)對(duì)12條末端因素分析論證后，確定施工人員經(jīng)驗(yàn)不足、設(shè)備精度失準(zhǔn)、坡口形式不合理是影響埋弧自動(dòng)橫焊焊接工藝評(píng)定失敗的要因。

8 制定對(duì)策

小組成員通過(guò)開(kāi)展廠家調(diào)研、石化行業(yè)實(shí)地考察、技術(shù)分析、可行性研究，最終根據(jù)影響埋弧自動(dòng)橫焊焊接工藝評(píng)定失敗的三項(xiàng)要因制定了對(duì)策，見(jiàn)表4。

表4 對(duì) 策 計(jì) 劃

9 對(duì)策實(shí)施

9.1 對(duì)策實(shí)施一：開(kāi)展專業(yè)培訓(xùn)

2014年11月25日邀請(qǐng)石化行業(yè)專家，并簽訂技術(shù)協(xié)議進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)(12月1日—12月31日)、指導(dǎo)操作，使操作人員熟練新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝。

通過(guò)培訓(xùn)后操作人員能夠熟練橫焊機(jī)型、設(shè)備性能、調(diào)試參數(shù)注意事項(xiàng)及范圍，使操作更規(guī)范、數(shù)據(jù)參數(shù)選擇更合理、設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。

9.2 對(duì)策實(shí)施二：對(duì)影響設(shè)備行走軌跡相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)

a.針對(duì)行走軌跡開(kāi)展技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)：?導(dǎo)向指示的紅外線激光束屬于供電式發(fā)射不穩(wěn)定，時(shí)有時(shí)無(wú)，時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，跳躍式，偶爾光束粗細(xì)發(fā)生變化，影響槍頭吐絲軌跡；?導(dǎo)向行走機(jī)構(gòu)為單向固定式，根據(jù)夾角距離軌道微小偏差會(huì)影響槍頭波動(dòng)。

b.根據(jù)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)的上述問(wèn)題，針對(duì)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)：?更換導(dǎo)向指示用的紅外線激光器，選擇激光可調(diào)式自帶紐扣鋰電池，供電平穩(wěn)，激光穩(wěn)定，無(wú)波動(dòng)，同時(shí)要求調(diào)節(jié)射程15cm范圍內(nèi)光束極細(xì)，可達(dá)到2mm；?改進(jìn)導(dǎo)向行走機(jī)構(gòu)為萬(wàn)向可調(diào)式，使導(dǎo)向輪具備360°任意旋轉(zhuǎn)，降低軌道微小偏差影響槍頭波動(dòng)值。

c.對(duì)影響設(shè)備行走軌跡相關(guān)結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，整機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

圖2 帶鈍邊雙單邊Y形坡口

9.3 對(duì)策實(shí)施三：創(chuàng)新坡口形式

a.根據(jù)傳統(tǒng)的“帶鈍邊雙單邊Y形坡口”開(kāi)展埋弧自動(dòng)橫焊焊接工藝評(píng)定，初始確定坡口夾角α=30°(見(jiàn)圖2)，探傷出現(xiàn)未焊透和夾渣缺陷；增大坡口夾角分別為β=45°、γ=60°時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)局部夾渣缺陷。

b.摒棄傳統(tǒng)坡口形式限制，創(chuàng)新坡口形式。重新命名為“帶鈍邊非對(duì)稱K形坡口”，改變?cè)袑?duì)接坡口單邊直角形式，增加小角度坡口，使焊接熔池表面的熔渣更容易排出，徹底解決了工藝評(píng)定試板焊接夾渣缺陷(見(jiàn)圖3)。

綜上所述：通過(guò)3種對(duì)策實(shí)施后，重新進(jìn)行埋弧自動(dòng)橫焊工藝評(píng)定試板的焊接，焊縫探傷合格，經(jīng)力學(xué)檢測(cè)合格，成功完成了焊接工藝評(píng)定。

10 效果檢查

10.1 目標(biāo)檢查

通過(guò)QC小組對(duì)策實(shí)施后，重新進(jìn)行埋弧自動(dòng)橫焊工藝評(píng)定試板的焊接，經(jīng)焊縫探傷合格，同時(shí)各項(xiàng)力學(xué)檢測(cè)數(shù)據(jù)合格，成功通過(guò)了焊接工藝評(píng)定。實(shí)踐證明，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，徹底解決了科研技術(shù)難題，為后續(xù)開(kāi)展科研項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)，完成了小組活動(dòng)目標(biāo)。

表5 焊接工藝評(píng)定試板

10.2 經(jīng)濟(jì)效益

在QC小組成員的共同努力下，通過(guò)創(chuàng)新、技術(shù)攻關(guān)、研發(fā)新技術(shù)共節(jié)約了成本約288萬(wàn)元，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)分析如下：

a.QC小組活動(dòng)前經(jīng)濟(jì)分析。江蘇溧陽(yáng)抽水蓄能電站地處江蘇省溧陽(yáng)市，電站安裝6臺(tái)單機(jī)容量250MW的可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1500MW。其中鋼管制作安裝工程量為2.05萬(wàn)t，2011年4月電站主體工程開(kāi)工，2017年建成投產(chǎn)，建設(shè)工期80個(gè)月。

采用原手工焊條電弧焊費(fèi)用見(jiàn)表6，費(fèi)用由材料費(fèi)、人工費(fèi)、設(shè)備及電費(fèi)等組成，其中人工費(fèi)用較大。

表6 采用焊條電弧焊施工費(fèi)用

b. QC小組活動(dòng)后經(jīng)濟(jì)分析。采用埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)工藝費(fèi)用見(jiàn)表7，費(fèi)用由材料費(fèi)、人工費(fèi)、設(shè)備及電費(fèi)等組成，人工費(fèi)用明顯降低，雖然設(shè)備費(fèi)用較大，但是隨著壓力鋼管工程量增大，攤銷后的每米單位價(jià)格降低近一半。

表7 采用埋弧自動(dòng)橫焊施工費(fèi)用

續(xù)表

采用新技術(shù)——埋弧自動(dòng)橫焊施工費(fèi)用與原手工焊條焊接施工費(fèi)用比較，由于埋弧自動(dòng)橫焊焊接熔覆率高、需要焊工少、電費(fèi)消耗小，單個(gè)管節(jié)以9.2m直徑計(jì)算，可以節(jié)省費(fèi)用約6700元。埋弧自動(dòng)橫焊綜合為平均305元/m，手工焊條焊綜合單價(jià)為537元/m，按照本工程約1萬(wàn)m焊縫計(jì)算，可以節(jié)省資金約232萬(wàn)元；另外，獨(dú)立設(shè)計(jì)研制了一種新型試驗(yàn)裝置，具有焊接工藝評(píng)定、生產(chǎn)性試驗(yàn)、焊工培訓(xùn)三種功能，節(jié)省費(fèi)用約56萬(wàn)元，合計(jì)節(jié)省資金約288萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、一次探傷合格率高、現(xiàn)場(chǎng)文明施工得到顯著改善等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于工程提高功效、縮短工期、降低成本意義重大。

10.3 質(zhì)量、安全效益

由于采用埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)施工，減小了人為因素的影響，外觀成型更加美觀，內(nèi)部無(wú)損探傷一次合格率也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)手工焊，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，質(zhì)量效益顯著。采用埋弧橫焊焊接的鋼管，TOFD探傷一次合格率平均為99.6%、優(yōu)良率為100%，遠(yuǎn)高于手工焊合格率98.3%、優(yōu)良率97.5%的水平。另外現(xiàn)場(chǎng)工效大大提高，對(duì)縮短現(xiàn)場(chǎng)施工工期意義重大。

采用焊條電弧焊焊接，需要搭設(shè)專門施工腳手架，電焊機(jī)多、線路復(fù)雜，安全隱患多，采用埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)，操作工人在設(shè)備內(nèi)施工，安全系數(shù)高，現(xiàn)場(chǎng)文明施工也大大提高，安全效果突出。

10.4 社會(huì)效益

通過(guò)QC小組活動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，徹底解決了科研技術(shù)難題，為后續(xù)開(kāi)展科研項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)，通過(guò)溧陽(yáng)電站工程施工實(shí)踐證明，埋弧自動(dòng)橫焊施工技術(shù)，與傳統(tǒng)焊條電弧焊比較，具有技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良、成本低、有利于安全文明等優(yōu)點(diǎn)。埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)自動(dòng)化程度高、經(jīng)濟(jì)合理，在水電站大型壓力鋼管施工中具有很大的推廣運(yùn)用價(jià)值，如果在行業(yè)推廣實(shí)施后，將大大降低工程造價(jià)和縮短建設(shè)工期，對(duì)于推動(dòng)行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、升級(jí)改造，意義重大。水電行業(yè)引進(jìn)壓力鋼管埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，填補(bǔ)了行業(yè)空白，可以為類似施工提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)水電資源全面開(kāi)發(fā)提供有力的施工技術(shù)支持。因此本課題研究具有顯著的社會(huì)效益。

10.5 無(wú)形價(jià)值

經(jīng)歷了本次QC小組活動(dòng)后，小組成員的個(gè)人綜合能力得到了顯著提高，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、提高了企業(yè)團(tuán)隊(duì)合作精神、增強(qiáng)了解決問(wèn)題的信心。

圖4 無(wú)形價(jià)值自我評(píng)估雷達(dá)圖

11 鞏固措施

a.有效落實(shí)施工考核獎(jiǎng)懲制度，加強(qiáng)質(zhì)量考核，調(diào)動(dòng)施工人員的積極性。

b.編制《埋弧自動(dòng)橫焊焊接工藝規(guī)程》，裝訂成冊(cè)，人手一冊(cè)。

c.施工人員和質(zhì)控、技術(shù)人員定期進(jìn)行交流、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，尋找更優(yōu)的解決方案。

d.每個(gè)月進(jìn)行一次質(zhì)量宣講和技術(shù)交底，提高施工人員的質(zhì)量意識(shí)和專業(yè)素質(zhì)。

e.將QC成果內(nèi)容進(jìn)行發(fā)表，促進(jìn)同行間的信息交流，進(jìn)行資源共享。

f.依托本QC小組活動(dòng)創(chuàng)新研究了多功能試驗(yàn)裝置，對(duì)操作人員的技能進(jìn)行深入培訓(xùn)，使每個(gè)人都能熟練使用新設(shè)備，并獲得兩項(xiàng)專利技術(shù)。

?一種埋弧橫焊試驗(yàn)裝置(發(fā)明受理專利號(hào)：ZL 2015 10603439.8)。

?一種埋弧橫焊試驗(yàn)裝置(實(shí)用新型授權(quán)專利號(hào)：ZL2015 20733516.7)。

g.實(shí)現(xiàn)QC小組活動(dòng)目標(biāo)后，積極開(kāi)展新技術(shù)研發(fā)工作，目前已將埋弧自動(dòng)橫焊技術(shù)投入施工生產(chǎn)過(guò)程中。

12 小組活動(dòng)總結(jié)和計(jì)劃

12.1 小組活動(dòng)總結(jié)

通過(guò)本次QC小組活動(dòng)，對(duì)影響埋弧自動(dòng)橫焊焊接工藝評(píng)定的各種因素進(jìn)行了梳理，并對(duì)其主要影響因素提出了針對(duì)性的解決措施，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，徹底解決了科研技術(shù)難題，完成了本小組活動(dòng)目標(biāo)，即完成了焊接工藝評(píng)定，攻克了技術(shù)難題，為后續(xù)科研項(xiàng)目開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。

QC小組對(duì)本次活動(dòng)中成功的做法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，并將活動(dòng)中取得的科研成果成功應(yīng)用到后續(xù)施工生產(chǎn)中，采用新技術(shù)，提高了生產(chǎn)率、焊接質(zhì)量、降低了生產(chǎn)成本。

經(jīng)歷本次QC小組活動(dòng)，使小組成員的質(zhì)量意識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)精神又有了進(jìn)一步的提升，為今后繼續(xù)開(kāi)展QC小組活動(dòng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在今后的抽水蓄能電站壓力鋼管制安施工中，我們將繼續(xù)利用QC活動(dòng)的方式開(kāi)展科技創(chuàng)新、提高工程質(zhì)量、創(chuàng)建精品工程、樹(shù)立公司品牌形象。

12.2 小組計(jì)劃

《水電站埋弧自動(dòng)橫焊焊接工藝評(píng)定的研究》課題現(xiàn)已順利結(jié)題，這種新的管理模式促進(jìn)了技術(shù)創(chuàng)新，取得的效果顯著。下一階段，QC小組將進(jìn)行《提高下彎段漸縮彎管安裝精度》的課題研究，繼續(xù)推廣QC小組活動(dòng)，以期提高工程質(zhì)量。