氬弧焊攻克大直徑銅管焊接QC成果

中國************工程銅管焊接QC小組成果采用氬弧焊攻克大直徑銅管焊接難題中國**一建公司****項目銅管焊接QC小組目錄一、工程簡介二、小組概況三、選題理由四、現(xiàn)狀調(diào)查五、活動目標六、可行性分析七、因果分析（第一PDCA）八、要因確認（第一PDCA）九、要因?qū)Σ撸ǖ谝籔DCA）十、實施十一、實施效果（第一PDCA）十二、總結(jié)及存在的問題十三、因果分析（第二PDCA）十四、要因確認（第二PDCA）十五、主要對策（第二PDCA）十六、實施十七、實施效果（第二PDCA）十八、總結(jié)十九、存在問題二十、銅管焊接大紀事一、工程簡介空分置位是中國*************工程公用工程的一部分，包括**裝置、老區(qū)**廠第二循環(huán)水場改造及總變改造三部分，**裝置為新建兩套空分設(shè)施，一套制氧能力6000Nm3/h、制氮能力18000Nm3/h、制氬能力180Nm3/h；另一套制氧能力6000Nm3/h、制氮能力18000Nm3/h。兩套空分設(shè)施工藝流程相對獨立，共用一套產(chǎn)品存儲及外送系統(tǒng)。**裝置主要由空壓系統(tǒng)、預(yù)冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、產(chǎn)品存儲及外送系統(tǒng)5個部分組成?？傉嫉孛娣e為19656m2；裝置主要為***煉油、化工各裝置、動力站及輔助設(shè)施提供生產(chǎn)所需的氮氣、氧氣以及施工用氬氣。由****設(shè)計院設(shè)計。為確保該裝置安全運行，設(shè)計單位在該裝置氧氣管線的產(chǎn)品存儲區(qū)入口和氧氣壓縮機的出口部位上分別設(shè)置了阻火器，即由一個長度720mm，規(guī)格為φ219×10mm的紫銅管與銅法蘭焊接而成，再與不銹鋼法蘭連接，目的在于防止氧氣在管道內(nèi)運行時由于磨擦而產(chǎn)生火花。由于公司從未焊過這么大規(guī)格銅管，銅管的焊接成為項目施工的一個難點。由于幾次外委未能焊接成功，為此項目成立了銅管焊接攻關(guān)小組。二、小組概況小組名稱*****項目銅銅管焊接QC小組注冊時間2006.9.225小組人數(shù)7活動起止時間2006.9.225－11.20注冊編號活動次數(shù)6培訓(xùn)時間60小時小組類型攻關(guān)型出勤情況98%序號姓名性別年齡文化程度職務(wù)/職稱組內(nèi)職務(wù)1楊**男44大專QA/QC經(jīng)理工程師組長2丁**男36大專QA/QC部組員3尹**男30技校電焊組員4賈**男40大專電氣技術(shù)員組員5徐**男62本科專家顧問6聶**男30本科焊接工程師顧問7于**男36本科焊接工程師顧問確保銅確保銅管焊接成功公司無銅管焊接的焊工，通過這次焊接可以鍛煉和提高焊工焊銅的技術(shù)水平銅管焊接難度大，焊接拍片合格率極低，通過銅管焊接可為公司積累經(jīng)驗。選題理由為保證氧氣管線安全運行，必須完成銅管焊接任務(wù)，以保證施工符合設(shè)計和使用要求；保證**裝置順利投產(chǎn)，為公司爭得信信譽；.四、現(xiàn)狀調(diào)查由于****項目從未焊接過銅管，公司也僅僅只有過小于Φ60×3mm銅管的焊接經(jīng)歷，從無這樣大且要求RT檢測銅管焊接經(jīng)歷；一開始項目是外委加工，先后與*****設(shè)備研究所、**鋼廠、****公司等多家單位聯(lián)系，只有*****設(shè)備研究所和***鋼廠同意把銅管拿去試試，因為他們也未焊過這樣大的銅管，但兩家焊接均未取得成功，主要是焊接裂紋無法克服。只好將銅管與法蘭退回***項目部。在此情況下項目決定自己進行銅管焊接攻關(guān)，并成立銅管焊接攻關(guān)小組，小組成員立即對上兩次外委焊接的情況及公司焊接銅管的現(xiàn)狀進行了調(diào)查：調(diào)查一***設(shè)備研究所：他們采用先采用火焰（氧乙炔）預(yù)熱并用氣焊（氧乙炔）的方法進行試驗，但僅熔化了焊絲，無法與母材熔合。改用火焰（氧乙炔）預(yù)熱，手工氬弧焊的方法進行焊接，但焊接裂紋產(chǎn)生的較多，無法滿足焊接工藝要求，焊接失?。徽{(diào)查二***鋼廠：他們也是采用火焰（氧乙炔）預(yù)熱，手工氬弧焊的方法進行焊接，預(yù)熱溫度相對于***設(shè)備研究所有所提高，但焊接過程中仍無法消除焊接裂紋，不能滿足焊接工藝的要求，焊接未能成功；調(diào)查三：通過公司焊培中心對公司有關(guān)銅焊接的情況進行了咨詢，公司有人焊過銅管，也成功了但采用是火焰（氧乙炔）預(yù)熱并用氣焊（氧乙炔）的方法進行焊接。而且管徑小管壁薄；調(diào)查四：查閱相關(guān)資料有采用氬弧焊焊接銅板（最大厚度δ=8mm）成功的案例；通過調(diào)查和了解小組成員認真的對調(diào)查的情況進行了對比分析：調(diào)查結(jié)論：小組成員通過現(xiàn)狀調(diào)查后認為：消除銅管焊接裂紋是可能的，關(guān)鍵在于采用什么方式進行預(yù)熱和應(yīng)用什么樣的氬弧焊焊接參數(shù)進行焊接。五、活動目標運用電加熱控制預(yù)熱溫度，采用氬弧焊進行焊接以確保銅管焊接成功；六、可行性分析★在外委焊接時，積累了銅管焊接的經(jīng)驗教訓(xùn)，為項目攻關(guān)提供了依據(jù)；★從項目的焊工實力上看，有從事焊接工作多年高水平的氬弧焊焊工；★從施工機具上分析項目有焊接設(shè)備、有熱處理設(shè)備及相關(guān)的設(shè)備操作及維護人員；★從焊接工藝上分析雖說公司無類似銅管焊接的經(jīng)驗，但銅管的焊接工藝要求公司有這方面的專家，可以咨詢；★從焊接難度上分析焊接紫銅比焊接鋼難度要大得多，當采用的工藝參數(shù)與焊接同厚度碳鋼差不多時，則銅材很難熔化，填充金屬和母材也不能很好地熔合。因此焊接紫銅的工藝參數(shù)中的母材預(yù)熱溫度和焊接電流將是我們攻關(guān)的重點控制項目。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查和可行性分析，小組成員采用關(guān)聯(lián)圖法對銅管焊接產(chǎn)生裂紋的原因進行了分析：從銅材料本身；預(yù)熱方法和保溫措施；焊接設(shè)備和方法；焊工技能；焊接參數(shù)等方面。銅管的焊接在廠房內(nèi)進行，環(huán)境對銅管的焊接影響很小。我們小組的主要活動目標是采用氬弧焊消除銅管的焊接裂紋缺陷。七、因果分析（第一次PDCA）銅焊接難度大易產(chǎn)生焊接缺陷銅焊接難度大易產(chǎn)生焊接缺陷銅管焊接容易產(chǎn)生裂紋，質(zhì)量難以保證加熱方式不當火焰加熱，預(yù)熱不均勻工人技能低經(jīng)驗不足缺少培訓(xùn)熱輸出能量小采用的是普通氬弧焊設(shè)備和工具銅熔化后流動性大不易控制焊接參數(shù)難確定焊接電流太小焊接速度不能掌握預(yù)熱偏低且無保溫措施預(yù)熱溫度無法控制八、要因確認（第一次PDCA）序號末端因素要因確認結(jié)論1銅熔化后流動性大不不易控制銅熔化后流動性好好，打底過程厚厚度難以保證證，易產(chǎn)生拉裂，進行技技術(shù)咨詢核查資料主要原因2火焰加熱，預(yù)熱不均勻加熱方式不當，無無法控制預(yù)熱熱溫度，預(yù)熱熱溫度忽高忽忽低，主要原因3經(jīng)驗不足缺少培訓(xùn)訓(xùn)我們無相關(guān)類似銅銅管焊接施工工經(jīng)驗和焊工工培訓(xùn)，應(yīng)請請專家對焊工工進行培訓(xùn)次要原因4采用的是普通氬弧弧焊工具焊把（φ2.5mmm鎢極）電電流比較小，熱熱輸出能量小小，不易焊接接次要原因5焊接電流太小銅的熱導(dǎo)熱率比碳碳鋼大7-11倍，填充金金屬和母材也也不能很好地地熔合，產(chǎn)生生裂紋，在焊焊接中調(diào)試電電流，確定最最佳電流次要原因6預(yù)熱溫度太低紫銅的對接接頭預(yù)預(yù)熱溫度低，且無相應(yīng)的的保溫措施，冷冷卻過程極易易產(chǎn)生裂紋主要原因7焊接速度不能掌握握教育督促操作人員員及時掌握焊焊接速度次要原因九、要因?qū)Σ撸ǖ谝淮蜳DCA）序號要因目標對策措施負責人完成時間工作地點1銅熔化后流動性大大不易控制控制銅熔化后流動動性在銅管內(nèi)側(cè)加襯墊墊在焊接前，制做小于于銅管內(nèi)徑的的20×2mmm的不銹鋼圈圈，防止銅水水從根部溢出出小組全體成員2006.9.330***項目現(xiàn)場2火焰加熱，加熱方方法不當改變加熱方法采用可控電加熱焊前用帶纏繞銅管管表面小組全體成員2006.9.330***項目現(xiàn)場3預(yù)熱偏低且無保溫溫措施提高預(yù)熱的溫度范范圍到500℃左右用電加熱控制預(yù)熱熱溫度在銅管表面設(shè)置熱熱電偶進行預(yù)預(yù)熱溫度控制制，保證預(yù)熱熱均勻，并采采用巖棉保溫溫楊***丁**尹**2006.9.330***項目現(xiàn)場.十、實施1.在銅管內(nèi)側(cè)加襯墊后，有效防止銅管焊接過程中銅水在焊縫根部的溢出，保證第一層熔敷金屬的厚度，防止了冷卻時產(chǎn)生的應(yīng)力裂紋。2.采用可控電加熱方式后，能在銅管焊接過程中保證預(yù)熱溫度和層間溫度持續(xù)穩(wěn)定地在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。但在焊接銅管的過程中，我們發(fā)現(xiàn)采用外加熱時，銅管轉(zhuǎn)動易導(dǎo)致電加熱帶的導(dǎo)線斷裂，加熱方式進行了改進（如圖所示），采用內(nèi)加熱。3.通過預(yù)熱溫度的提高和相應(yīng)的保溫措施，有效保證了銅管在焊接過程中母材與焊材熔合，防止溫度冷卻過快，產(chǎn)生的裂紋。4.焊接紫銅焊把用φ3.2mm鎢極熔化，產(chǎn)生夾鎢，改為φ4.0mm鎢極焊接過程中鎢極燒損嚴重。十一、實施效果（第一次）通過以上四項措施的實施，順利完成首個銅管焊縫的焊接，進行外觀檢查，在焊縫的根部和表面未發(fā)現(xiàn)裂紋。對外觀打磨清理后也未發(fā)現(xiàn)可見焊接缺陷。進行RT檢測時，發(fā)現(xiàn)6張底片均無焊接裂紋，但存在不同程度的氣孔。銅管的焊接我們不斷摸索，防止了銅管焊接產(chǎn)生裂紋缺陷的出現(xiàn)。取得了預(yù)訂的目標后，又出現(xiàn)新的焊接缺陷——氣孔，為此我們QC小組進行了第二次PDCA循環(huán)。十二、總結(jié)及存在問題（第一次PDCA）當缺陷出現(xiàn)時，首先應(yīng)分析缺陷產(chǎn)生的原因，針對分析出的原因提出相應(yīng)的解決辦法并進行比較，從而選出較好的方案。經(jīng)采用上述幾項措施后，有效消除了焊接裂紋，我們?nèi)〉昧祟A(yù)想的效果。但是焊接中又出現(xiàn)了氣孔，焊縫質(zhì)量仍不符合規(guī)范要求，所以我們小組進行第二次PADC循環(huán)。目標：減小銅管焊接氣孔的產(chǎn)生。十三、因果分析（第二次PDCA）人員沒有培訓(xùn)銅管焊接沒有任何經(jīng)驗對銅管焊接材料不了解銅管焊接方法焊機種類多銅管量少，不可能買專用焊機用一般焊機焊銅人員沒有培訓(xùn)銅管焊接沒有任何經(jīng)驗對銅管焊接材料不了解銅管焊接方法焊機種類多銅管量少，不可能買專用焊機用一般焊機焊銅，設(shè)備性能差焊縫坡口角度影響銅管焊接時易產(chǎn)生氣孔Ar氣純度不夠，保護效果不好。氣孔與氧又有很大關(guān)系焊接過程中施工場地沒有采取有效的清潔保證措施對銅管焊接方法不了解焊接工藝不夠正確機施工機具配置不足法人銅焊接時，產(chǎn)生氣孔，不能達到質(zhì)量要求銅焊接時，產(chǎn)生氣孔，不能達到質(zhì)量要求預(yù)熱溫度過低預(yù)熱溫度過低焊工操作不能按工藝進行線能量過大焊工操作不能按工藝進行線能量過大焊接條件存在諸多不利因素焊接條件存在諸多不利因素料材料存在一定缺陷料材料存在一定缺陷環(huán)環(huán)十四、要因確認（第二次PDCA）序號因素要因確認是否要因備注1銅管焊接沒有任何何經(jīng)驗銅管焊接在我公司司內(nèi)首次采用用，無任何類類似經(jīng)驗可供供借鑒Yes√2對銅管焊接方法不不了解焊接銅的方法有氣氣焊、手工碳碳弧焊、手工工電弧焊和手手工氬弧焊等等方法，對銅銅管焊接方法法不夠熟悉。No3對銅管焊接材料不不了解采用的焊絲有絲2201(特制紫銅焊焊絲)和絲202，也采用紫紫銅絲，如T2。No4銅管焊接方法及焊焊接種類多焊接種類多，電源源可采用直流流正接，也可可以采用交流流No5銅管量少，不可能能購買專用焊焊機焊接銅管量只有二二道環(huán)縫，不不可能購買專專用焊機，采采用普通的焊焊機進行焊接接。No6用一般焊機焊銅，設(shè)備性能差差采用普通的焊機進進行焊接，成成型不好，影響響銅焊接質(zhì)量量。No7焊縫坡口角度影響響按照焊接工藝評定定要求和設(shè)計計要求進行坡坡口加工不影影響焊接質(zhì)量量No8焊接預(yù)熱溫度過低低綜合考慮，提高預(yù)預(yù)熱溫度Yes√9焊接線能量過大焊接速度太慢，沒沒有多層多道道，導(dǎo)致線能能量過大Yes√10焊工操作不能按工工藝進行對焊工沒有進行交交底，沒按焊焊接工藝進行行Yes√11銅管焊接本身容易易產(chǎn)生氣孔銅的熱導(dǎo)率比鋼大大八倍以上，熔熔池結(jié)晶速度度比鋼快得多多，使得氣體體逸出條件變變得惡劣，因因此銅及銅合合金產(chǎn)生氣孔孔的傾向增大Yes√12Ar氣純度不夠，保護護效果不好。Ar氣純度不夠，達不不到保護效果果，容易產(chǎn)生生氣孔Yes√13氣孔與氧又有很大關(guān)系若裂紋繼續(xù)加大，極極易產(chǎn)生斷裂裂Yes√14焊接過程中在焊接接設(shè)備中沒有有采取有效的的水冷系統(tǒng)在氬弧焊機中加水水循環(huán)系統(tǒng)，確確保氬弧焊把把鎢極燒損控控制，減少焊焊接過程中鎢鎢極噴鎢，減減少因噴鎢造造成的氣孔產(chǎn)產(chǎn)生Yes√十五、主要對策（第二次PDCA）序號要因?qū)Σ吣繕舜胧┑攸c完成時間實施人1銅管焊接沒有任何何經(jīng)驗查資料和調(diào)查研究究，了解銅焊焊接正確理解銅焊接的的各道工序及及注意事項由焊接專家進行技術(shù)術(shù)交底，并多多次召開專題題會討論具體體施工方案***項目現(xiàn)場2006.10..10—2006.100.20小組全體成員2焊接預(yù)熱溫度過低低調(diào)節(jié)預(yù)熱溫度順利實現(xiàn)預(yù)熱溫度度達到工藝要求增加加熱片和熱電電偶***項目現(xiàn)場2006.10..10—2006.100.20丁**尹**3焊接線能量過大控制影響線能量的的電流，電壓壓和焊接速度度消除線能量對產(chǎn)生生氣孔不利影影響采取多層多道、快快速焊。***項目現(xiàn)場2006.10..10—2006.100.20小組全體成員4焊工操作不能按工工藝進焊接要求焊工認真學習習，并和焊接接專家積極溝溝通確保焊工按焊接工工藝要求焊工焊接必須按焊焊接工藝要求求施焊。***項目現(xiàn)場2006.10..10—2006.100.15尹**5銅焊接過程中容易產(chǎn)產(chǎn)生氣孔為了消除氣孔，保保證焊縫根部部可靠的熔合合和焊透，必必須提高焊接接速度，減少少氬氣消耗量量防止氫氣孔焊前應(yīng)對工件焊接接邊緣和焊絲絲表面的氧化化膜、油等臟臟物都必須清清理干凈***項目現(xiàn)場2006.10..10—2006.100.20尹**6Ar氣純度不夠，保護護效果不好。選用高純度Ar氣氣確保Ar氣保護效效果選擇供貨信譽好生生產(chǎn)廠家，同同時對到貨的的Ar氣純度進行檢驗驗。***項目現(xiàn)場2006.10..15—2006.100.20丁**7氣孔與氧又有很大大關(guān)系防止空氣中的氧減小熔池中的銅氧氧化防止在高溫時銅與與液態(tài)金屬中中的氧生成CuO2，CuO2又會與熔池池中的氫或CO發(fā)生以下反反應(yīng)：CuO2+2H=22Cu+H22CuuO2+CO=22Cu+COO2生成的H2、COO2如果不能逸逸出熔池，就就會產(chǎn)生氣孔，焊接前提前前送Ar氣，焊后滯滯后斷Ar氣***項目現(xiàn)場2006.10..10—2006.100.20小組全體成員8焊接過程中在焊接接設(shè)備中沒有有采取有效的的水冷系統(tǒng)采用水冷式氬弧焊焊把控制焊炬的溫度，防防止鎢極過熱在焊接時，采用循循環(huán)冷卻水對對氬弧焊把進進行降溫處理***項目現(xiàn)場2006.10..10—2006.100.20楊***丁**十六、實施按我們小組分析的八項措施進行焊接，同時將鎢極直徑增大到φ5.0mm，焊接中焊把易燒壞，最后采用水冷式鎢極氬弧焊把（φ5.0mm）并進行循環(huán)冷卻水對氬弧焊把降溫處理，焊接出現(xiàn)氣孔機率又降低不少。十七、實施效果（第二次PDCA）銅管的焊接順利完成；銅管焊接的無損檢測全部合格；銅管焊接后安裝的水壓試驗和氣密試驗全部合格；小組成員和一些施工骨干人員均掌握了銅管焊接要領(lǐng)和注意事項；業(yè)主、***工程師及監(jiān)理對銅管的焊接非常滿意，驗收全部一次通過。十八、總結(jié)影響紫銅焊接的因素很多，紫銅TIG焊焊接參數(shù)十分重要，紫銅的導(dǎo)熱性很強，焊前焊件需要預(yù)熱。預(yù)熱溫度范圍達300-700℃，具體視焊件形狀、尺寸和焊接方法及所采用的焊接工藝參數(shù)來確定預(yù)熱溫度，而且應(yīng)保證充分均勻地預(yù)熱焊件。焊接電流選擇雖主要取決于焊件厚度，但還與焊件預(yù)熱、鎢極的直徑、襯墊的種類、焊件結(jié)構(gòu)與尺寸有關(guān)。對某一具體接頭預(yù)先確定準確的焊接參數(shù)是很困難的，焊接參數(shù)還需通過試驗決定。通過QC活動，我們基本掌握了紫銅的焊接，為以后的銅焊接施工積累了一定經(jīng)驗。十九、存在問題1.取得成果銅管的焊接預(yù)熱銅管焊接預(yù)熱是銅管焊接的重要因素，銅管的焊接預(yù)熱溫度確定十分關(guān)鍵，我們經(jīng)過二次循環(huán)和不斷地改進預(yù)熱工具，確定了最佳溫度為560℃。基本掌握了本次銅管焊接的預(yù)熱參數(shù)和預(yù)熱方法，達到了預(yù)期目標。2.遺留問題銅管焊接氣孔不易控制銅焊接氣孔主要是擴散氣孔和反應(yīng)氣孔。氫在液態(tài)銅蒸發(fā)前的極限溶解度與液-固轉(zhuǎn)變時的最大溶解度比值為3.7，即高溫熔池極易吸收氫；另一方面，銅極強的導(dǎo)熱性使其液-固轉(zhuǎn)變時間極短，氣孔擴散和上浮的條件也極其有限，所以氣孔敏感性大，很難完全消除銅焊接氣孔，這有待后續(xù)施工中盡一步解決處理。二十、銅管焊接大紀事1.前期準備針對缺乏銅管焊接經(jīng)驗的情況，從2006年9月25日成立QC小組之日起，小組全體成員就開始積極尋找相關(guān)資料，認真學習銅管焊接的相關(guān)內(nèi)容，很快便熟悉了整個焊接施工步驟，初步摸清了焊接過程的具體細節(jié)；1.銅焊接易產(chǎn)生裂紋銅焊接接頭的熱裂傾向大。這是因為銅中含有釹和鉛元素，分別在270℃和326℃時與銅形成低熔點共晶體，分布在銅的晶界處。焊接時，這些低熔點共晶體結(jié)晶晚，易使焊縫開裂，造成熱脆性。另外氫也是產(chǎn)生裂紋的原因之一。在焊接過程中氫難免也要進入熔池參與反應(yīng)。氫還能還原晶界上的CuO2而形成不熔于銅的水蒸汽，產(chǎn)生很高的氫氣壓，常常引起裂紋。用砂輪打磨裂紋時發(fā)現(xiàn)裂紋處同時存在氣孔，這可能是焊接時銅管的氧化物落于焊縫中造成的。以上分析了裂紋產(chǎn)生的原因。那么，如何防止裂紋產(chǎn)生，便是焊接實踐中主要解決的問題。我們小組第一次PADC循環(huán)主要是防止銅管焊接的裂紋缺陷產(chǎn)