提高BE550鉆機(jī)前連接座焊接一次合格率

中國(guó)石化江漢石油管理局第四機(jī)械廠 鉚焊分廠小件QC小組

（湖北 荊州 434024）

提高BE550鉆機(jī)前連接座焊接一次合格率

中國(guó)石化江漢石油管理局第四機(jī)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(guó)BE550項(xiàng)目是我廠首次拿到出口美國(guó)鉆機(jī)的最大訂單。美國(guó)BE550用戶代表NABORS及他們委托的第三方監(jiān)造DNV專家一行數(shù)十人駐廠全程監(jiān)造。

第一，在我廠已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行第1批BE550井架和底座配套試驗(yàn)期間，用戶突然提出增加前連接座配件，技術(shù)協(xié)議要求：前連接座母材必須采用美國(guó)A514鋼板，對(duì)強(qiáng)度提出了很高的要求。A514是一種調(diào)質(zhì)鋼，焊后容易產(chǎn)生裂紋。

第二，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，每項(xiàng)工藝要求都必須達(dá)到美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)AWS D1.1/D1.1M-2008。

第三，由于突擊排產(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)工期緊張，加之此材料又是我們第一次使用，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的產(chǎn)品因焊縫裂紋頻繁返工，合格率僅為25%。

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

現(xiàn)狀調(diào)查

小組成員對(duì)2009年1月份生產(chǎn)的4件前連接座返工情況進(jìn)行討論分析，并逐一對(duì)每一個(gè)前連接座返工頻次及不合格原因進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)有的1件產(chǎn)品因焊縫裂紋最高返工次數(shù)達(dá)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(tǒng)計(jì)表

目標(biāo)設(shè)定

由于2009年1月份生產(chǎn)了4件前連接座，有3件產(chǎn)品因焊接裂紋導(dǎo)致頻繁返工，針對(duì)焊接裂紋問(wèn)題，我們立即召集小組成員會(huì)議，集思廣益，確定目標(biāo)，盡快及時(shí)解決產(chǎn)品返工問(wèn)題。通過(guò)分析討論，大家認(rèn)為A514材料雖然我們以前從未焊接過(guò)，但此材料相當(dāng)于國(guó)內(nèi)HG70高強(qiáng)鋼，故此我們查閱、比對(duì)、分析了出口印度ZJ30鉆機(jī)車架的主縱梁HG70材料焊接資料，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品焊接一次合格率達(dá)到了88%以上（見(jiàn)表 4）。

但是此次BE550前連接座的焊接比ZJ30鉆機(jī)車架主縱梁復(fù)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(duì)較大。綜合以上因素和以往焊接經(jīng)驗(yàn)，小組討論決定把此次活動(dòng)的目標(biāo)值定為：焊接一次合格率為85%（見(jiàn)圖1）。

表4 印度ZJ30車架主縱梁HG70材料焊接情況統(tǒng)計(jì)表

分析原因

確定目標(biāo)后，小組人員針對(duì)產(chǎn)生焊接裂紋的原因，從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，共找到14條末端因素，并做出樹(shù)圖（見(jiàn)圖2）。

確定要因

針對(duì)上面的14條末端因素，小組成員列出了要因確認(rèn)計(jì)劃表（見(jiàn)表5），并一一進(jìn)行了確認(rèn)。

1 確認(rèn)1：焊工實(shí)際操作水平參差不齊

在BE550項(xiàng)目預(yù)備期，第三方監(jiān)理已審查通過(guò)所有焊工資質(zhì)。組織4名電焊工參加有外方現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督的實(shí)際操作水平考試。考試結(jié)果見(jiàn)表6。

從表6看出電焊工個(gè)人實(shí)際操作水平不一，個(gè)人能力存在差距，加上生產(chǎn)工期緊迫，美國(guó)監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督施焊，導(dǎo)致部分焊工不適應(yīng)，技能不能正常發(fā)揮。因此確認(rèn)為要因。

2 確認(rèn)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(shí)間達(dá)到層間溫度要求后才能進(jìn)行下一道焊接。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)有的焊工為了趕生產(chǎn)進(jìn)度，未停留足夠時(shí)間就開(kāi)始作業(yè)，層間溫度高于200℃。因此確認(rèn)為要因。

3 確認(rèn)3：焊機(jī)電表不靈敏

電焊機(jī)的電流表和電壓表每年都要定期校準(zhǔn)，未發(fā)現(xiàn)使用中的電表超過(guò)檢定期并抽查2臺(tái)電流表和電壓表進(jìn)行檢定合格。因此確認(rèn)為非要因。

4 確認(rèn)4：送絲機(jī)不靈活

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)試，焊絲出絲暢通，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。因此確認(rèn)為非要因。

5 確認(rèn)5：地線未按要求接地

檢查地線的連接情況，4臺(tái)焊機(jī)均按要求連接。因此確認(rèn)為非要因。

6 確認(rèn)6：A514材料焊接性不好

前連接座的材料是調(diào)質(zhì)鋼A514，調(diào)整工藝后，2月初對(duì)兩個(gè)前連接座進(jìn)行試驗(yàn)，兩端還是出現(xiàn)裂紋。由于材料本身的焊接性能不好，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。因此確認(rèn)為要因。

7 確認(rèn)7：焊材與母材不匹配

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

8 確認(rèn)8：焊材保管不善

焊絲在庫(kù)房里有防潮措施，開(kāi)封的焊絲一般都在一天內(nèi)用完，沒(méi)有用完的有保護(hù)措施，每天有使用情況記錄。因此確認(rèn)為非要因。

9 確認(rèn)9：焊接參數(shù)不合理

查焊接參數(shù)均通過(guò)焊接試驗(yàn)評(píng)定，符合WPS焊接規(guī)范。因此確認(rèn)為非要因。

10 確認(rèn)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(diǎn)多發(fā)。在經(jīng)過(guò)調(diào)整工藝后，固定焊工操作，還是有裂紋產(chǎn)生。之后在焊縫兩端加引熄弧板，焊后再對(duì)引熄弧板切割打磨處理，取得較好效果。因此確認(rèn)為要因。

11 確認(rèn)11：預(yù)熱溫度控制不當(dāng)

調(diào)質(zhì)鋼的焊接溫度控制特別關(guān)鍵。板厚在38～75mm的鋼材焊前最低預(yù)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(dá)到整體控制在110℃。因此確認(rèn)為要因。

12 確認(rèn)12：冷卻速度控制不當(dāng)

通過(guò)檢查焊接裂紋的出現(xiàn)時(shí)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(jù)高強(qiáng)板的焊接特點(diǎn)，在施焊過(guò)程中高熱輸入很大，焊后冷卻速度過(guò)快容易產(chǎn)生淬硬傾向，發(fā)生回火裂紋，因此確認(rèn)為要因。

13 確認(rèn)13：焊接時(shí)開(kāi)風(fēng)扇

由于我們分廠是大型結(jié)構(gòu)件制造車間，電焊工在入廠培訓(xùn)和安全教育時(shí)都會(huì)強(qiáng)調(diào)在炎熱的夏天焊接時(shí)也不能開(kāi)風(fēng)扇，這是常識(shí)。在現(xiàn)場(chǎng)巡檢中也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)焊接時(shí)開(kāi)風(fēng)扇的情況。因此確認(rèn)為非要因。

14 確認(rèn)14：雨雪天氣在室外焊接

整個(gè)前連接座的組對(duì)和焊接是在室內(nèi)操作的，不存在這個(gè)問(wèn)題。因此確認(rèn)為非要因。

通過(guò)認(rèn)真分析及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，確定有6個(gè)要因：焊工實(shí)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(yù)熱溫度控制不當(dāng)、冷卻速度控制不當(dāng)。

表5 要因確認(rèn)計(jì)劃表

表6 焊工實(shí)際考試成績(jī)表

制定對(duì)策

針對(duì)以上確定的6個(gè)主要原因，制定了對(duì)策表（見(jiàn)表 7）。

實(shí)施對(duì)策

1 對(duì)策實(shí)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(zhì)，但個(gè)人的技能還是有差異。通過(guò)分析2009年1月份生產(chǎn)前連接座的4名電焊工情況，發(fā)現(xiàn)有的電焊工心理素質(zhì)較差，在外國(guó)人直盯現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)造時(shí)情緒緊張，再加上工期緊迫故無(wú)法發(fā)揮正常水平。

（2）固定2名電焊工。小組成員認(rèn)真討論，逐一分析電焊工的情況，結(jié)合表3（2009年1月前連接座焊接情況統(tǒng)計(jì)表）中數(shù)據(jù)，看出H011與H509前連接座焊接合格率較其他2人高。加之平時(shí)2人焊接配合時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)與外方接觸較多，技能發(fā)揮穩(wěn)定，綜合素質(zhì)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(kāi)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(shù)得到美方用戶的稱贊。

2 對(duì)策實(shí)施2：嚴(yán)格控制層間溫度

（1）同步對(duì)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(lái)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(huì)才能開(kāi)始下一道的焊接。把兩個(gè)前連接座固定，兩人同步對(duì)稱施焊，焊完一道后，再掉頭反過(guò)來(lái)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(duì)稱焊接既能保證層間溫度，又能連續(xù)焊接。

（2）不定期抽查產(chǎn)品層間溫度。通過(guò)實(shí)施以上措施，不定期檢測(cè)產(chǎn)品層間溫度，均符合要求。

表7 對(duì)策表

3 對(duì)策實(shí)施3：更換材料

（1）選擇與A514材料相當(dāng)?shù)牟牧稀Ｓ脩糇赃x的A514材料是根據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理，添加多種合金元素達(dá)到高屈服強(qiáng)度的合金鋼。其斷裂強(qiáng)度值 （Rm） 應(yīng)符合 760～895MPa， 屈服強(qiáng)度 （Rel）≥690MPa,延伸率（A）≥16%，-20℃低溫沖擊值 AKv/J≥62。HG70材料是國(guó)標(biāo)的一種高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼，這種材料與A514的性能相當(dāng)。

（2）兩種材料做化學(xué)成分和機(jī)械性能試驗(yàn)，對(duì)比性能。把δ50mm A514和HG70兩種材料送計(jì)量檢測(cè)中心，經(jīng)專業(yè)人員對(duì)其化學(xué)成分和機(jī)械性能檢測(cè)，其檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表8、表9。

對(duì)于機(jī)械性能試驗(yàn)，A514的檢測(cè)依據(jù)為ASTM A370-07b拉力試驗(yàn)方法 和ASTM E23-02a沖擊試驗(yàn)方法；HG70的檢測(cè)依據(jù)為GB/T 228-2002金屬拉伸試驗(yàn)方法和GB/T 229-94金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法。

對(duì)比這兩種材料的性能，從檢測(cè)結(jié)果看出HG70的各項(xiàng)機(jī)械性能優(yōu)于A514，因此說(shuō)服客戶，同意用HG70材料替換A514。

4 對(duì)策實(shí)施4：加引弧板和熄弧板

通過(guò)在焊縫兩端加引、熄弧板，把容易產(chǎn)生焊接缺陷的部位移至板上，當(dāng)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(guò)增加引熄弧板，焊后冷裂紋數(shù)量明顯減少。

5 對(duì)策實(shí)施5：整體進(jìn)爐預(yù)熱

表8 δ50mm A514鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能

控制預(yù)熱溫度是防止產(chǎn)生裂紋的關(guān)鍵步驟。前連接座耳板厚度50mm，預(yù)熱溫度為110～200℃。母材焊接時(shí)預(yù)熱溫度不得低于最低溫度。我們采取整體進(jìn)爐加熱200℃,保溫1h以上。預(yù)熱記錄見(jiàn)表10。

表9 δ50mm HG70鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能

表10 2009年4月份前連接座預(yù)熱進(jìn)爐記錄表

在整體加熱保溫后進(jìn)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(dá)到工藝要求的預(yù)熱溫度。

6 對(duì)策實(shí)施6：用石棉網(wǎng)包裹冷卻

高強(qiáng)板在高溫下通過(guò)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(chǎn)生裂紋。為了緩解冷卻速度，在完成焊接后迅速采用石棉網(wǎng)包裹成品，48h后達(dá)到常溫再做超聲波探傷。

經(jīng)過(guò)石棉網(wǎng)包裹冷卻，冷卻速度降低，焊縫冷裂紋產(chǎn)生的數(shù)量得到有效控制。

以上對(duì)策的實(shí)施，焊接一次合格率明顯提高，從2009年4月份開(kāi)始焊接一次合格率超過(guò)85%（見(jiàn)表11），達(dá)到預(yù)期設(shè)定目標(biāo)。另外通過(guò)采取整體進(jìn)爐加熱和同步焊接等措施，完成一個(gè)前連接座的時(shí)間由10h減到4h，大大提高了生產(chǎn)效率。

效果調(diào)查

通常過(guò)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(jìn)爐預(yù)熱、用石棉網(wǎng)包裹冷卻等6項(xiàng)對(duì)策的有效實(shí)施，防止裂紋產(chǎn)生，提高了一次焊接合格率。實(shí)施前焊接一次合格率僅25%，對(duì)策實(shí)施后焊接一次合格率平均值達(dá)到89.1%（見(jiàn)表11）。同時(shí)對(duì)策實(shí)施后，完成一個(gè)連接座的焊接時(shí)間由原來(lái)10h減少到4h，生產(chǎn)效率明顯提高。2009年4～8月共生產(chǎn)前連接座46個(gè)，焊接一次合格的有41個(gè)，焊接一次合格率為89.1%，達(dá)到預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)。

經(jīng)濟(jì)效益：在QC活動(dòng)前，前連接座的一次焊接合格率僅為25%，幾乎每個(gè)耳座完成焊接后產(chǎn)生裂紋，都需進(jìn)行一次或多次返工整改。對(duì)策實(shí)施后，不僅優(yōu)化了工序，還節(jié)約了大量人力物力。完成一個(gè)前連接座的焊接，可節(jié)約焊接時(shí)間6 h，來(lái)回返工交檢時(shí)間減少4h。因此完成一個(gè)前連接座共計(jì)節(jié)約工時(shí)10h。生產(chǎn)一個(gè)前連接座需要2個(gè)電焊工和2個(gè)鉚工，從表11中看出，活動(dòng)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(shù)量共有49個(gè)。

節(jié)約人工費(fèi)=（鉚工單價(jià)×節(jié)約時(shí)間×鉚工數(shù)+焊工單價(jià)×節(jié)約時(shí)間×焊工數(shù)）×一次合格前連接座數(shù)

表11 2009年1～8月前連接座焊接情況

節(jié)約人工費(fèi)：（6×10×2+45×10×2）×49=49 980 元

A514材料與HG70材料差價(jià)費(fèi)：7 500元/t

前連接座重量0.14t/個(gè)，材料的更換是2009年3月底具體實(shí)施，因此從2009年4月份開(kāi)始計(jì)算前連接座數(shù)。

材料差價(jià)節(jié)約費(fèi)=差價(jià)×重量×前連接座數(shù)量

材料差價(jià)節(jié)約費(fèi)：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(jì)算成本。此次QC活動(dòng)用于A514和HG70材料檢測(cè)費(fèi)約1 000元。

因此共計(jì)節(jié)約成本：49 980+48 300-1 000=97 280元

社會(huì)效益：這次活動(dòng)不僅創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，更得到了美國(guó)用戶對(duì)我們產(chǎn)品質(zhì)量的認(rèn)可。BE550項(xiàng)目的用戶是美國(guó)當(dāng)前最大鉆井公司之一的NABORS，在用戶和第三方監(jiān)理DNV駐廠監(jiān)造期間，親眼目睹了我們克服重重困難，始終堅(jiān)持“顧客至上，質(zhì)量第一”理念的質(zhì)量行為，確保了產(chǎn)品質(zhì)量，制造出了他們十分滿意的產(chǎn)品。為“石油四機(jī)”品牌鉆機(jī)贏得了很好的國(guó)際市場(chǎng)信譽(yù)度。

鞏固措施

（1）設(shè)計(jì)部門把材料的更改形成正式更改單SZ 040903314入PDM圖紙庫(kù)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(fā)放操作者，并要求嚴(yán)格按此工藝流程生產(chǎn)。

（3）分廠繼續(xù)加強(qiáng)電焊工的理論和實(shí)際操作培訓(xùn)。

總結(jié)和下一步打算

總結(jié)：本次QC活動(dòng)，小組成員認(rèn)真思考共同努力，運(yùn)用QC知識(shí)，經(jīng)過(guò)PDCA循環(huán)，采用統(tǒng)計(jì)工具，攻克了技術(shù)和生產(chǎn)上的難題，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。小組成員不僅增長(zhǎng)了QC活動(dòng)知識(shí)，拓展了工作視野，而且還提高了質(zhì)量、改進(jìn)、創(chuàng)新及團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。團(tuán)隊(duì)作用得到了充分發(fā)揮。

小組成員對(duì)活動(dòng)前后狀態(tài)進(jìn)行了比較 （見(jiàn)表12）。

表12 小組成員自我評(píng)價(jià)

下一步打算：本次QC小組主要針對(duì)提高前連接座的焊接一次合格率開(kāi)展活動(dòng)。今后我們將圍繞現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題積極開(kāi)展QC活動(dòng)，及時(shí)解決生產(chǎn)中遇到的各種問(wèn)題和難題。

??永場(chǎng)

2010-07-08