通過 QC 小組活動提高大跨度網架空心焊接球加工驗收合格率的應用研究

周 宇，周 勇，周 金，黃昌勇，葉 斌，朱明華

（成都建工雅安建設有限責任公司，四川 雅安 625000）

0 引言

在當前我國建筑行業市場競爭日益激烈的背景下，QC（質量控制）小組活動作為企業全面質量管理的一項重要舉措，越來越受到各行各業的重視，許多公司已經把 QC 小組活動理念納入到企業日常質量管控當中。經過長時間的實踐證明，QC 小組活動已經成為促進企業提高產品質量、實現技術進步、不斷完善生存發展能力的有效手段，是一種成熟的質量改進方式［1］。

1 項目概況

本案例位于雅安市雨城區，項目總占地面積為28.96 畝，總建筑面積為 4.99 萬 m2，建筑主要由會展中心和酒店兩大部分組成，主體結構形式為混凝土框架結構，屋面為鋼網架結構和鋼桁架結構，其中，會展部分屋蓋結構形式為正交正放四角錐鋼網架，跨度為 2.7 m×46.3 m，網架高度為 2～3 m，下弦支撐，節點形式為空心焊接球節點如圖 1 所示。

圖1 現場實拍圖

2 選題理由

第一，施工質量要求高。本項目為當地省級重點項目“雅安大熊貓生態文化旅游融合發展示范項目”的子項目，因此筆者公司將項目的質量目標確立為取得四川省建設工程天府杯獎（省優質工程），要求各分部分項工程一次驗收合格率須達到 90 % 以上。

第二，工程社會關注度高。該項目是當地政府為把會展業作為發展第三產業的一個重要突破口，全面提升雅安市整體旅游接待檔次，進一步完善雅安現有旅游市場功能，改變城市整體形象，推動雅安旅游經濟與第三產業持續快速發展。項目建成后將成為雅安市規模最大的會展中心，具備承接全國性大型會展的能力，填補雅安大型會展場所的空白［2］。

第三，施工難度大。本工程屋蓋形式為四角錐焊接球網架，最大跨度達 46.3 m，焊接球加工質量的好壞直接決定網架安裝的質量。

3 QC 小組活動全過程

3.1 現狀調查

QC 小組首先對已完成的本項目車間焊接球加工一次驗收合格情況展開了調查，并對得到的數據進行統計分析，得到了焊接球一次驗收不合格質量缺陷統計表，如表 1 所示。從表 1 中可以看出，“壁厚減薄量大”“未焊透”兩種質量缺陷的累積頻率高達 80.4 %，說明造成項目空心焊接球一次驗收通過率低的質量缺陷主要集中在“壁厚減薄量大”“未焊透”兩個方面。

表1 質量缺陷統計表

3.2 設定目標

主要質量缺陷確認后，經小組成員討論，并綜合考慮筆者公司考核指標要求、現有資源情況、同行業單位平均水平、成本控制等多方面因素，最終決定將本次 QC 活動目標定為：提高大跨度網架空心焊接球一次驗收合格率至 92 %。

3.3 原因分析

目標確定后，QC 小組通過查閱相關文獻資料，并組織項目質量管理人員、施工工長召開討論會議，對造成上述質量缺陷的原因進行深入分析，并從人、機、料、法、測、環 6 個方面排查出 9 個可能造成“壁厚減薄量大”及“未焊透”的末端原因，如表 2 所示。

表2 末端原因分析表

3.4 要因確認

活動目標和末端原因確認后，小組成員通過現場調查、分組抽檢、統計數據、對比分析等方法，對導致焊接球加工一次驗收合格率降低的 9 個末端原因逐一進行確認，并得出結論。

1）要因確認一。施工人員未進行專業培訓。

確認過程：小組成員通過查閱項目部相關培訓資料和作業人員的上崗資格證書，證實所有作業人員均為持證上崗。同時，項目部在網架部位施工前組織全體施工人員參加“焊接球加工理論及實操”培訓，相關影像資料、培訓照片及人員名單均存有文件記錄。

得出結論：非要因。

2）要因確認二。測厚儀未標定。

確認過程：小組成員對項目部使用的超聲波測厚儀進行了全面盤點檢查，發現所有儀器均在檢定合格有效期內，精度滿足規范要求。同時，為了進一步確認測厚儀未標定對“壁厚減薄量大”的影響程度大小，小組成員分別使用在校準有效期內的儀器和雖然在校準有效期內但又重新校準的儀器，對已經加工完成的焊接半球厚度復檢。對比二者的數據發現，出現壁厚減薄量大質量問題的頻率僅相差約 1 %。

得出結論：非要因。

3）要因確認三。溫度控制不當。

確認過程：小組成員通過現場實測，記錄得到作業班組在進行焊接球半球加工時，壓制成型過程中溫度均控制在 900～1 100 ℃，該區間為理論鍛壓成型最佳溫度區間，說明現場實際加工過程中溫度控制良好。

得出結論：非要因。

4）要因確認四。拉伸減薄量較大。

確認過程：小組成員在檢查施工方案時，發現本工程焊接球半球的加工均采用大噸位壓力機設備一次性模鍛形。根據力學原理，小組成員初步判定鋼板在受壓加工成型過程中可能會因局部區域受拉伸影響，導致受壓區變薄，受壓區周圍變厚。隨后，小組成員進行施工現場調研，發現現場已加工完成的半球確實有一部分厚度不滿足要求。

為進一步確認該要因對結果的影響程度，小組成員額外進行了一組對比試驗。第一批構件將溫度加熱到 1 000 ℃ 后采用一次壓模法成型，第二批構件將溫度加熱到 1 000 ℃ 后用 2 套壓模分兩次熱壓成型，并在加工完成后統計不合格構件出現的頻次，如表 3 所示。

表3 對比試驗統計表

通過試驗數據可以發現，兩組試驗數據出現壁厚減薄量大質量問題的頻率相差達 10 %，說明拉伸減薄量對“壁厚減薄量大”的影響程度較大。

得出結論：要因。

5）要因確認五。厚度負偏差過大。

確認過程和方法：小組成員分別采用厚度 12 mm 和 16 mm 的鋼板在同等條件下壓制壁厚相同的空心焊接球，加工完成后采用超聲波測厚儀抽檢其厚度。對比結果發現：兩組厚度不同的鋼板制作出的空心焊接球出現“壁厚減薄量大”質量問題的頻次相同，且本項目采用的熱軋鋼板厚度負偏差均在國家標準 GB/T 709-2019《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》［3］允許范圍內。

得出結論：非要因。

6）要因確認六。坡口形狀和角度不滿足要求。

確認過程：小組成員經調查確認現場空心焊接半球組裝焊接時半球坡口均為 Y 型、角度為 22.5～25°，根部間隙為 2 mm。小組成員通過查閱相關資料后提出假設，當空心焊接球壁厚≥20 mm 的時候，由于焊接熔池太深易造成夾渣，同時由于是 2 個半球組裝，只能單邊開口，焊縫窄，根部角度小，焊接時底部不易焊透，因此坡口形狀和角度不能滿足現場實際施工需要。

為進一步確認坡口形狀和角度不滿足要求對“未焊透”這一質量問題影響程度的大小，小組成員共設計了 4 組不同坡口形狀和角度參數的構件進行試驗，分別為單邊 Y 型 22.5～25°、單邊 Y 型 25～30°、單邊 V 型 22.5～25°以及單邊 V 型 25～30°。施工完成后統計不合格構件出現的頻次，如表 4 所示。

表4 對比試驗統計表

通過以上試驗數據可以發現，采用不同的坡口形狀和角度導致未焊透這一質量問題出現頻率最大相差 10 %，說明坡口形狀和角度不滿足要求對“未焊透”的影響程度較大。

得出結論：要因。

7）要因確認七。焊口鐵銹、油污未清理干凈。

確認過程：Q C 小組針對現場焊接球焊口兩側 10 mm 范圍內鐵銹、油污的清理情況進行了調查，發現車間工人在施焊前均會對焊口處進行徹底清理，只有極少部分存在少量的鐵銹、油污。施工單位現場負責人對發現有鐵銹、油污的半球施工前安排專人進行二次清理。

得出結論：非要因。

8）要因確認八。焊接電流小。

確認過程：小組成員調查發現現場投入使用的直流焊機和交流焊機均為新進場設備且進場驗收合格。為進一步確認焊接設備的可靠性，小組成員從該批焊機中抽取 6 臺焊機，針對其施工過程中的電流進行檢查，發現 6 臺焊機施工電流均滿足要求。

得出結論：非要因。

9）要因確認九。焊接速度過快。

確認過程：小組成員通過調查發現現場構件加工均采用滾動環焊的施工方法，焊接速度均控制在 18～22 cm/min，已焊接完成的空心球焊縫寬度和焊道厚度等均經相關單位驗收合格，未出現未焊透等質量缺陷。

得出結論：非要因。

3.5 提出對策

通過一系列現場檢測和對比試驗，QC 活動小組確認造成網架空心焊接球質量缺陷的要因包括“拉伸減薄量較大”和“坡口形狀和角度不滿足要求”2 項，提出擬采用的 4 條對策，并結合項目部生產條件和成本預算從有效性、經濟型、可靠性、可實施性 4 個方面進行綜合對比分析，分析結果如表 6 所示。

表6 對策評估比選表

3.6 對策實施

小組成員依據“5W1H 分析法”對選用的對策制定了詳盡的實施方案，相關施工要點如下。

1）培訓交底：針對選用的 2 種新型施工方法，項目部結合現場實際情況編制了具有針對性、可行性和完整性的技術交底方案。且技術交底采用書面技術交底和施工樣板交底兩種形式。書面技術交底由項目技術負責人結合圖紙、規范等技術要求以書面形式向施工班組和操作工人進行詳細講解，并簽字留檔。施工樣板交底則由項目部選擇操作熟練、經驗豐富的施工人員進行現場操作演示，重點演示相關機具的使用、技術操作要點，以及容易出現安全和質量隱患的工序和相關應對措施等。

2）2 套壓模分兩次熱壓成型：該方案原理為壓模時從曲率半徑大的橢圓球平緩過渡到曲率半徑相對小的圓球，有效增大了鋼板料的受力面，使鋼板各部分都能較均勻受拉從而發生均勻變形。另一方面，加熱次數和加熱時間的延長可能導致鋼板表面氧化層厚度的增加，因此該方案的質量控制要點如下。

①縮短高溫鋼板料的等待和傳遞時間。鋼板料在第一次熱壓成型、溫度達到控制要求后應快速取出加工，壓制機應盡量靠近加熱爐，減少鋼板料取出后傳遞加工產生的熱損失，從而適當降低加熱溫度以減少鋼板料氧化。②縮短鋼板料的加熱時間。正式施工前，通過反復試驗確定鋼板料加工成半球所需的最佳溫度和時間，使鋼板料在最短的時間內達到加工的溫度以控制氧化量。施工時盡量使用熟練工人進行操作，加快熱壓加工的速度，縮短鋼板料的加熱時間，減少氧化量從而減少球壁減薄量。

3）單邊 V 型，坡口角度 25～30°無鈍邊施焊：嚴格按照焊前、焊中、焊后控制的原則進行焊縫施工質量控制。施焊前由小組成員指導和監督焊工按設計坡口和形狀畫好線后，按照畫線位置進行坡口切割。焊接過程中，控制施工現場溫度、濕度，嚴格按照相關技術標準開展作業。焊接完成后，及時做好檢驗記錄，記錄數據應真實、全面，并由操作人員和檢驗人員雙方簽字認可檢驗結果。在各個控制段中，質量檢驗工作的內容應符合現行鋼結構工程施工規范、焊接規程及驗收標準的相關規定。

3.7 效果檢查

1）質量效益：QC 活動小組成員針對對策實施完成后加工完成的焊接球施工質量情況進行了跟蹤檢查，共抽查構件個數 100 個，合格數量達到 93 個，合格率達 93 %，超過活動目標。其中，“壁厚減薄量大”和“未焊透”這兩種質量問題出現的累積頻率由 80.4 % 降低至 38.5 %，說明對策實施有效。

2）經濟效益：本次 QC 小組活動中共加工 400 余個焊接球，經過此次活動焊接球加工一次驗收合格率得到明顯提升，為項目部節省了大量返工返修費用，共計創造經濟效益約 1.68 萬元。

3）社會效益：本次 QC 小組活動后，該項目整體焊接球加工質量得到了顯著提升，為創建省級結構優質工程奠定了堅實的基礎，同時也得到了業主、監理、設計各方的一致好評。此外，本次活動通過在筆者公司內部進行宣傳，使相關從業人員積累了焊接球加工的質量控制要點。

3.8 鞏固措施

小組成員將活動中取得的有效措施進行歸納總結，運用 QC 方法結合現場施工實際情況，在筆者公司及項目部技術人員的指導和支持下編制形成了《大跨度網架空心焊接球加工作業指導書》，將此次 QC 活動成果進一步推廣，為后續類似工程施工提供參考，其主要措施有以下兩點。

①網架空心焊接球兩套壓模二次熱壓成型的施工方法和技術標準。②網架空心焊接球坡口形狀選擇、角度參數選擇以及加工方法。

4 結語

4.1 活動成果

在本次 QC 小組活動過程中，小組成員對影響大跨度網架空心焊接球加工質量的原因進行了調查研究，通過編制原因分析表、分組抽檢、對比試驗等方法，合理調整并優化了施工方案，有效降低了后期返工概率、節約了施工工期和施工成本，獲得了顯著成果。

通過此次 QC 小組活動，證明了大跨度網架空心焊接球加工一次成功率低的原因并非人們通常認為的施工人員操作水平差或焊接口未處理，而是受鋼板熱壓成型工藝和焊接坡口形狀和角度影響較大。空心焊接球作為保證大跨度網架整體質量的關鍵環節，構件施工質量的提高對整個工程的全壽命周期具有重大意義。本次活動的成果為筆者公司創造了良好的質量、經濟和社會效益，為承接后續類似項目施工提供了參考。

4.2 不足之處及改進建議

本次 QC 小組活動結束后，小組成員對本次活動進行了全面總結，對存在的問題和改進措施提出如下建議。

1）缺乏專業性人才領導。

本次 QC 小組成員由筆者公司和項目部管理人員，以及項目基層班組組成，未聘請專門的指導團隊。小組成員之間未建立起完善的組織框架，現場調查時各成員分組行動，活動場所相對分散，調查過程中缺乏有效的推進機制。此外，公司每年可報名參加全國、省市級 QC 成果交流會議的名額有限，小組成員之間亦缺乏相互交流和學習的機會。

改進措施：QC 小組活動作為一種提高企業的質量管理的重要途徑，要想得到長遠穩定的發展就離不開專業的技術人才和團隊。結合實際情況，QC 小組成員除技術、質量管理人員和作業班組人員外，還應該聘請 1或 2 名具備多方面經驗的骨干型技術人才，負責統籌規劃和管理小組成員的活動，不定期組織各成員進行成果交流，全面提高小組的綜合實力和管理水平。

2）基層職工的積極性、主動性不足。

此次 QC 小組活動部分成員來自項目基層班組，受其長期所處的工作環境和固有思維的影響，他們在小組活動中解決問題的積極性、主動性較差，思想意識不到位，對自己不熟悉的工作領域和內容存在排斥心理。

改進措施：加強基層職工的思想教育和專業技能培訓，充分調動基層職工的積極性、主動性。在 QC 小組活動過程中做到尊重每一位小組成員，鼓勵大家在活動當中積極發表個人建議。同時，要做到賞罰分明，建議可以將小組成員在活動當中的業績表現納入個人年度績效考評中，對表現優秀的小組成員進行通報表揚和物資獎勵，充分挖掘每一位小組成員的價值。Q