提高BE550鉆機前連接座焊接一次合格率

中國石化江漢石油管理局第四機械廠 鉚焊分廠小件QC小組

（湖北 荊州 434024）

提高BE550鉆機前連接座焊接一次合格率

中國石化江漢石油管理局第四機械廠 鉚焊分廠小件QC小組

（湖北 荊州 434024）

小組概況

表1和表2為小組概況和小組成員表。

選題理由

美國BE550項目是我廠首次拿到出口美國鉆機的最大訂單。美國BE550用戶代表NABORS及他們委托的第三方監造DNV專家一行數十人駐廠全程監造。

第一，在我廠已經開始進行第1批BE550井架和底座配套試驗期間，用戶突然提出增加前連接座配件，技術協議要求：前連接座母材必須采用美國A514鋼板，對強度提出了很高的要求。A514是一種調質鋼，焊后容易產生裂紋。

第二，產品質量要求高，每項工藝要求都必須達到美國國家標準AWS D1.1/D1.1M-2008。

第三，由于突擊排產，導致生產工期緊張，加之此材料又是我們第一次使用，現場生產的產品因焊縫裂紋頻繁返工，合格率僅為25%。

根據以上原因，小組討論確定將 “提高BE550鉆機前連接座焊接一次合格率”作為本次小組活動課題。

現狀調查

小組成員對2009年1月份生產的4件前連接座返工情況進行討論分析，并逐一對每一個前連接座返工頻次及不合格原因進行了統計，發現有的1件產品因焊縫裂紋最高返工次數達到8次，如表3所示，獲知本批前連接座不合格返工原因就是焊接裂紋。

表1 小組概況

表2 小組成員情況

表3 2009年1月前連接座焊接情況統計表

目標設定

由于2009年1月份生產了4件前連接座，有3件產品因焊接裂紋導致頻繁返工，針對焊接裂紋問題，我們立即召集小組成員會議，集思廣益，確定目標，盡快及時解決產品返工問題。通過分析討論，大家認為A514材料雖然我們以前從未焊接過，但此材料相當于國內HG70高強鋼，故此我們查閱、比對、分析了出口印度ZJ30鉆機車架的主縱梁HG70材料焊接資料，發現產品焊接一次合格率達到了88%以上（見表 4）。

但是此次BE550前連接座的焊接比ZJ30鉆機車架主縱梁復雜，板厚也不同，前連接座的焊接還需要控制焊前和層間溫度，故焊接難度相對較大。綜合以上因素和以往焊接經驗，小組討論決定把此次活動的目標值定為：焊接一次合格率為85%（見圖1）。

表4 印度ZJ30車架主縱梁HG70材料焊接情況統計表

分析原因

確定目標后，小組人員針對產生焊接裂紋的原因，從人、機、料、法、環五個環節進行分析，共找到14條末端因素，并做出樹圖（見圖2）。

確定要因

針對上面的14條末端因素，小組成員列出了要因確認計劃表（見表5），并一一進行了確認。

1 確認1：焊工實際操作水平參差不齊

在BE550項目預備期，第三方監理已審查通過所有焊工資質。組織4名電焊工參加有外方現場監督的實際操作水平考試。考試結果見表6。

從表6看出電焊工個人實際操作水平不一，個人能力存在差距，加上生產工期緊迫，美國監理現場監督施焊，導致部分焊工不適應，技能不能正常發揮。因此確認為要因。

2 確認2：層間溫度不符合要求

工藝要求層間溫度 80℃(min)～200℃(max)，焊完一道需停留一段時間達到層間溫度要求后才能進行下一道焊接。經現場檢查，發現有的焊工為了趕生產進度，未停留足夠時間就開始作業，層間溫度高于200℃。因此確認為要因。

3 確認3：焊機電表不靈敏

電焊機的電流表和電壓表每年都要定期校準，未發現使用中的電表超過檢定期并抽查2臺電流表和電壓表進行檢定合格。因此確認為非要因。

4 確認4：送絲機不靈活

通過現場多次調試，焊絲出絲暢通，沒有發現異常現象。因此確認為非要因。

5 確認5：地線未按要求接地

檢查地線的連接情況，4臺焊機均按要求連接。因此確認為非要因。

6 確認6：A514材料焊接性不好

前連接座的材料是調質鋼A514，調整工藝后，2月初對兩個前連接座進行試驗，兩端還是出現裂紋。由于材料本身的焊接性能不好，現有技術無法滿足產品質量要求。因此確認為要因。

7 確認7：焊材與母材不匹配

母材A514的抗拉強度σ=720N/mm2，焊絲的抗拉強度680～710N/mm2，焊絲強度和母材強度相匹配。因此確認為非要因。

8 確認8：焊材保管不善

焊絲在庫房里有防潮措施，開封的焊絲一般都在一天內用完，沒有用完的有保護措施，每天有使用情況記錄。因此確認為非要因。

9 確認9：焊接參數不合理

查焊接參數均通過焊接試驗評定，符合WPS焊接規范。因此確認為非要因。

10 確認10：未加引熄弧板

焊接裂紋大部份在焊縫的兩端，缺陷在引弧、熄弧點多發。在經過調整工藝后，固定焊工操作，還是有裂紋產生。之后在焊縫兩端加引熄弧板，焊后再對引熄弧板切割打磨處理，取得較好效果。因此確認為要因。

11 確認11：預熱溫度控制不當

調質鋼的焊接溫度控制特別關鍵。板厚在38～75mm的鋼材焊前最低預熱溫度110℃，由于我們采用火焰局部加熱，前連接座焊接前很難達到整體控制在110℃。因此確認為要因。

12 確認12：冷卻速度控制不當

通過檢查焊接裂紋的出現時間和形狀，判斷出是焊后冷裂紋。我們采取的是自然冷卻，根據高強板的焊接特點，在施焊過程中高熱輸入很大，焊后冷卻速度過快容易產生淬硬傾向，發生回火裂紋，因此確認為要因。

13 確認13：焊接時開風扇

由于我們分廠是大型結構件制造車間，電焊工在入廠培訓和安全教育時都會強調在炎熱的夏天焊接時也不能開風扇，這是常識。在現場巡檢中也沒有發現焊接時開風扇的情況。因此確認為非要因。

14 確認14：雨雪天氣在室外焊接

整個前連接座的組對和焊接是在室內操作的，不存在這個問題。因此確認為非要因。

通過認真分析及現場調查，確定有6個要因：焊工實際操作水平參差不齊、層間溫度不符合要求、A514材料焊接性不好、未加引熄弧板、預熱溫度控制不當、冷卻速度控制不當。

表5 要因確認計劃表

表6 焊工實際考試成績表

制定對策

針對以上確定的6個主要原因，制定了對策表（見表 7）。

實施對策

1 對策實施1：選擇技能高的焊工

（1）分析電焊工情況。雖然電焊工都有焊接資質，但個人的技能還是有差異。通過分析2009年1月份生產前連接座的4名電焊工情況，發現有的電焊工心理素質較差，在外國人直盯現場監造時情緒緊張，再加上工期緊迫故無法發揮正常水平。

（2）固定2名電焊工。小組成員認真討論，逐一分析電焊工的情況，結合表3（2009年1月前連接座焊接情況統計表）中數據，看出H011與H509前連接座焊接合格率較其他2人高。加之平時2人焊接配合時間長，同時與外方接觸較多，技能發揮穩定，綜合素質好。故決定由H011和H509 2人專門投入前連接座的焊接。

2009年3月份開始固定H011與H509 2名電焊工，焊接配合默契，焊縫外觀成型好。他們嫻熟高超的技術得到美方用戶的稱贊。

2 對策實施2：嚴格控制層間溫度

（1）同步對稱焊接控制層間溫度。前連接座的耳板坡口為35X45°，一條焊縫需要來回焊十幾道才能完成。每道完成后層間溫度大于200℃，需要停留一會才能開始下一道的焊接。把兩個前連接座固定，兩人同步對稱施焊，焊完一道后，再掉頭反過來焊接背面的耳板。這樣在一道焊縫焊完后，背面的另一道焊縫層間溫度恰好在200℃以下，同步對稱焊接既能保證層間溫度，又能連續焊接。

（2）不定期抽查產品層間溫度。通過實施以上措施，不定期檢測產品層間溫度，均符合要求。

表7 對策表

3 對策實施3：更換材料

（1）選擇與A514材料相當的材料。用戶自選的A514材料是根據美國標準，通過調質處理，添加多種合金元素達到高屈服強度的合金鋼。其斷裂強度值 （Rm） 應符合 760～895MPa， 屈服強度 （Rel）≥690MPa,延伸率（A）≥16%，-20℃低溫沖擊值 AKv/J≥62。HG70材料是國標的一種高強度焊接結構鋼，這種材料與A514的性能相當。

（2）兩種材料做化學成分和機械性能試驗，對比性能。把δ50mm A514和HG70兩種材料送計量檢測中心，經專業人員對其化學成分和機械性能檢測，其檢測數據見表8、表9。

對于機械性能試驗，A514的檢測依據為ASTM A370-07b拉力試驗方法 和ASTM E23-02a沖擊試驗方法；HG70的檢測依據為GB/T 228-2002金屬拉伸試驗方法和GB/T 229-94金屬夏比缺口沖擊試驗方法。

對比這兩種材料的性能，從檢測結果看出HG70的各項機械性能優于A514，因此說服客戶，同意用HG70材料替換A514。

4 對策實施4：加引弧板和熄弧板

通過在焊縫兩端加引、熄弧板，把容易產生焊接缺陷的部位移至板上，當前連接座整體焊接完工，切割引、熄弧板，手工打磨焊縫端面。

通過增加引熄弧板，焊后冷裂紋數量明顯減少。

5 對策實施5：整體進爐預熱

表8 δ50mm A514鋼的化學成分及機械性能

控制預熱溫度是防止產生裂紋的關鍵步驟。前連接座耳板厚度50mm，預熱溫度為110～200℃。母材焊接時預熱溫度不得低于最低溫度。我們采取整體進爐加熱200℃,保溫1h以上。預熱記錄見表10。

表9 δ50mm HG70鋼的化學成分及機械性能

表10 2009年4月份前連接座預熱進爐記錄表

在整體加熱保溫后進行焊接，可以很好的保證前連接座整體溫度均勻，并控制在110℃以上，達到工藝要求的預熱溫度。

6 對策實施6：用石棉網包裹冷卻

高強板在高溫下通過自然冷卻雖然省事，但因溫度變化太快造成淬硬傾向大，容易產生裂紋。為了緩解冷卻速度，在完成焊接后迅速采用石棉網包裹成品，48h后達到常溫再做超聲波探傷。

經過石棉網包裹冷卻，冷卻速度降低，焊縫冷裂紋產生的數量得到有效控制。

以上對策的實施，焊接一次合格率明顯提高，從2009年4月份開始焊接一次合格率超過85%（見表11），達到預期設定目標。另外通過采取整體進爐加熱和同步焊接等措施，完成一個前連接座的時間由10h減到4h，大大提高了生產效率。

效果調查

通常過選擇技能高的焊工、控制層間溫度、更換材料、加引弧板和熄弧板、整體進爐預熱、用石棉網包裹冷卻等6項對策的有效實施，防止裂紋產生，提高了一次焊接合格率。實施前焊接一次合格率僅25%，對策實施后焊接一次合格率平均值達到89.1%（見表11）。同時對策實施后，完成一個連接座的焊接時間由原來10h減少到4h，生產效率明顯提高。2009年4～8月共生產前連接座46個，焊接一次合格的有41個，焊接一次合格率為89.1%，達到預期設定的目標。

經濟效益：在QC活動前，前連接座的一次焊接合格率僅為25%，幾乎每個耳座完成焊接后產生裂紋，都需進行一次或多次返工整改。對策實施后，不僅優化了工序，還節約了大量人力物力。完成一個前連接座的焊接，可節約焊接時間6 h，來回返工交檢時間減少4h。因此完成一個前連接座共計節約工時10h。生產一個前連接座需要2個電焊工和2個鉚工，從表11中看出，活動在2009年3月份就取得了效果。2009年3～8月焊接一次合格的前連接座數量共有49個。

節約人工費=（鉚工單價×節約時間×鉚工數+焊工單價×節約時間×焊工數）×一次合格前連接座數

表11 2009年1～8月前連接座焊接情況

節約人工費：（6×10×2+45×10×2）×49=49 980 元

A514材料與HG70材料差價費：7 500元/t

前連接座重量0.14t/個，材料的更換是2009年3月底具體實施，因此從2009年4月份開始計算前連接座數。

材料差價節約費=差價×重量×前連接座數量

材料差價節約費：7 500×0.14×46=48 300 元

引熄弧板的材料是廢料再利用，可以不計算成本。此次QC活動用于A514和HG70材料檢測費約1 000元。

因此共計節約成本：49 980+48 300-1 000=97 280元

社會效益：這次活動不僅創造了可觀的經濟效益，更得到了美國用戶對我們產品質量的認可。BE550項目的用戶是美國當前最大鉆井公司之一的NABORS，在用戶和第三方監理DNV駐廠監造期間，親眼目睹了我們克服重重困難，始終堅持“顧客至上，質量第一”理念的質量行為，確保了產品質量，制造出了他們十分滿意的產品。為“石油四機”品牌鉆機贏得了很好的國際市場信譽度。

鞏固措施

（1）設計部門把材料的更改形成正式更改單SZ 040903314入PDM圖紙庫管理。

（2）工藝部門已將該工藝形成正式的焊接工藝卡片Z04110100043AAGAB發放操作者，并要求嚴格按此工藝流程生產。

（3）分廠繼續加強電焊工的理論和實際操作培訓。

總結和下一步打算

總結：本次QC活動，小組成員認真思考共同努力，運用QC知識，經過PDCA循環，采用統計工具，攻克了技術和生產上的難題，實現了預期目標。小組成員不僅增長了QC活動知識，拓展了工作視野，而且還提高了質量、改進、創新及團隊協作意識。團隊作用得到了充分發揮。

小組成員對活動前后狀態進行了比較 （見表12）。

表12 小組成員自我評價

下一步打算：本次QC小組主要針對提高前連接座的焊接一次合格率開展活動。今后我們將圍繞現場出現的問題積極開展QC活動，及時解決生產中遇到的各種問題和難題。

??永場

2010-07-08