钢箱梁电弧喷铝质量控制

中铁四局集团钢结构有限公司宁波北环甬江左线特大桥电弧喷铝质量控制QC小组 宁波铁路枢纽北环线甬江左线特大桥提高电弧喷铝涂装质量一、工程概况新建宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥为双塔双索面九跨连续钢箱混合梁斜拉桥，为我国铁路工程中首次采用大跨度钢箱混合梁斜拉桥结构，主跨468m一跨过江，钢箱梁总重约8190吨。单个钢箱梁节段表面积约1958，其中外表面约435，高强螺栓摩擦面面积约35。全桥钢箱梁表面积总计约94911，其中外表面总计约19549，高强螺栓摩擦面面积约1647。钢箱梁的防腐采用电弧喷铝长效防腐涂装体系，设计防腐年限25年。电弧喷铝涂装面为钢箱梁外表面和高强螺栓摩擦面，电弧喷铝总涂装面积达20196。部位涂装用料道数厚度(m)外表面喷砂除锈Sa3.0级，Rz50-100m电弧喷铝120m环氧封闭漆130环氧云铁中间漆150氟碳面漆280内表面喷砂除锈Sa2.5级，Rz40-80m无机富锌车间底漆120底表面处理环氧树脂漆1125高强螺栓摩擦面喷砂除锈Sa3级，Rz40-60m电弧喷铝112020m无机富锌车间底漆140m表1-1 钢箱梁涂装体系表图1.1 标准钢箱梁节段电弧喷铝范围示意图图1.2高强螺栓摩擦面电弧喷铝范围示意图二、小组简介QC小组简介见下表2.1、表2.2、表2.3所示：表2.1 QC小组注册概况表课题名称提高电弧喷铝涂装质量成立时间2013年1月20日小组名称宁波北环特大桥QC小组注册时间2013年1月20日小组类型技术攻关型注册号GGGS-NB-03小组人数12人出勤率100%活动时间2013年8月15日2013年9月30日文化结构本科生：9人 高中3人。 日常活动制度1、每周一次小组会，分析遇到问题，制定解决办法。2、技术学习，技能培训和岗位练兵。3、每半月一次总结。表2.2 QC小组成员概况表组 成姓 名年 龄职称职务TMQ授课时间(H)组 长金 健32工程师项目经理90副组长牙马忠31工程师项目总工90副组长张建金29助理工程师项目副总工48组 员郑建凯27助理工程师安质部长48阮仕义48高级讲师副经理48李国华27助理工程师工程部长48贾恩兴58工程师安全总监48陈 广25助理工程师技术员48王海峰25助理工程师技术员48赵小辉24技师测量队长24曹沛26技师喷砂班组长24高世步45技师喷铝班组长24制表人：郑建凯 审核人：牙马忠 制表日期：2013年8 月15日表2.3 QC小组活动计划表推进日期活动程序2013年8月9月15182124273136912151821242730P选择课题现场调查目标确定 原因分析要因确定制定对策D实施对策C效果检查A巩固措施总结与下步计划制表人：郑建凯 审核人：牙马忠 制表日期：2013年8月15日三、选题理由本桥地处甬江入海口，热丰、雨富、光足，处于酸雨覆盖区，为近海大气环境1、本桥地处宁波，宁波属北亚热带湿润季风气候，南部具向中亚热带过渡的特征。冬季受西风带冷空气控制，夏季受副热带高压、台风和西南气流影响，多异常天气。多年平均气温16.3，年均降水量1700mm以上，年平均风速5.6m/s，属台风次重要影响区，年均1.8次，影响期511月，其中89月为集中影响期。复杂的气候特征需要较高等级的防腐涂装体系。2、根据本工程钢箱梁结构特点，钢箱梁单个梁段表面积约1958，其中外表面约435。钢箱梁表面积总计约94911，其中外表面积总计约19549。因此，保证钢箱梁涂装质量是提高产品质量的重点和难点。3、钢箱梁的防腐设计要求采用电弧喷铝长效防腐涂装体系，设计防腐年限25年。4、本桥为宁波市铁路枢纽新建北环线最大的控制工程，同时为宁波市地标性亮点工程，亦为公司开拓钢结构桥梁施工新领域的里程碑式工程，公司领导高度重视，在人力、财力、物力各个方面给予充分的配备，施工质量要求也是公司领导关注的重中之重，钢箱梁防腐涂装质量问题也是施工过程中需要克服、解决的一大难点。经以上分析，我项目部选定“钢箱梁电弧喷铝质量控制” 作为本QC小组活动课题。四、现状调查现状一 调查烟台至大连铁路轮渡栈桥工程电弧喷铝涂装施工情况，发现其当时电弧喷铝涂装表面鼓泡、剥落、橘皮等缺陷严重影响了涂装质量，其一次合格率仅为78%。表4.1 烟大铁路轮渡电弧喷铝验收统计表检查项目检查数量（处）允许误差合格数合格率优良数优良率喷铝层厚度501504182% 3570%有无气泡50不允许4488% 3774%有无裂纹50不允许3264% 2856%有无大熔滴50不允许2652% 2448% 有无脱落50不允许4080% 3876% 有无漏涂50不允许4590% 4182%空隙率501-3点/23366%3060%剥离试验5015%4080% 3672% 75.2%67.2%制表人：郑建凯 审核人：牙马忠 制表日期：2013年8月15日现状二宁波北环首个钢箱梁段电弧喷铝涂装施工时，发现其电弧喷铝涂装表面鼓泡、剥落、橘皮等缺陷严重影响了涂装质量，其一次合格率仅为80%。表4.2 宁波北环首个钢箱梁电弧喷铝验收统计表检查项目检查数量（处）允许误差合格数合格率优良数优良率喷铝层厚度501502244% 1734%有无气泡50不允许4284% 3978%有无裂纹50不允许3570% 2652%有无大熔滴50不允许3264% 2244% 有无脱落50不允许4080% 3570% 有无漏涂50不允许4386% 3876%空隙率51-3点/2360%240%剥离试验515%480% 360% 71.0%56.7%现状三钢箱梁涂装为露天施工，其受宁波湿润天气影响比较大。本桥为宁波市铁路枢纽新建北环线最大的控制工程，同时为宁波市地标性亮点工程，亦为公司开拓钢结构桥梁施工新领域的里程碑式工程，受到了社会各界的广泛关注，电弧喷铝涂装质量必须采取一定的措施来保证。五、目标设定1、课题目标确保钢箱梁电弧喷铝质量满足设计文件的要求，一次验收合格率达到100%，优良率达到95%以上。目标钢箱梁涂装质量一次合格率达到100%，确保设计使用年限。积累相关经验，完善喷砂、涂装工艺；2、可行性分析（1）论证通过对首节钢箱梁电弧喷铝涂装施工情况的总结，公司专家、领导就目前存在的问题提出了宝贵的意见，项目部认真吸取教训，围绕提出的意见对宁波北环甬江特大桥电弧喷铝施工质量因素进行了认真的探讨，并且总结钢箱梁涂装经验，对电弧喷铝工艺进行优化。（2）重点工程本工程是宁波市铁路枢纽新建北环线最大的控制工程，地方及局领导高度重视，在资源配置上确保满足施工需要。（3）工装设备项目部为本工程南北岸钢箱梁涂装各设置了一个喷砂涂装车间，南北岸各配备了一套满足喷砂涂装施工要求的专业机械设备。经过本小组成员共同分析，认为本课题目标是可行的。六、原因分析 通过对首节钢箱梁电弧喷铝涂装施工情况的总结，小组组长组织全体人员主持召开了涂装质量分析会议，从人、机、料、法、环、测六个方面对电弧喷铝这一环节进行了具体的分析讨论，如下图6-1所示：17作业环境恶劣磨料、涂料不合理作业人员执行不到位磨料受潮海洋气候影响台风影响无责任心缺乏施工经验磨料粒度差铝丝直径选用不合理铝丝质量较差电弧喷铝质量差喷铝工艺不成熟喷渡枪送丝机构不同步喷涂机稳定性差测量时间安排不当测量工具落后清砂安排不合理空压机稳定性差除锈工艺不合理测量方法不合理除锈及电弧喷铝工艺不合理机械设备配置不合理图6-1 原因分关联图制图人：郑建凯 审核人：牙马忠 制图时间：2013年8月25日七、要因确认 针对以上原因，小组成员对所有因素进行要因确认，排除次要因素，对主要因素进行分析讨论，如下表7.1所示：表7.1 要因确认表序号影响因素验证方法确认内容要因判定1施工人员经验不足、无责任心现场分析经过首节钢箱梁电弧喷铝施工总结，作业人员对喷砂涂装施工操作已逐渐熟练掌握。非要因2空气压缩机稳定性较差现场分析空气压力能达规范要求，对因空压机原因造成的除锈不达标可采取补喷。非要因3喷涂机稳定性差，送丝机构不同步现场分析送丝机构经维修调试后基本能满足送丝同步。非要因4磨料受潮现场分析磨料使用期对其进行晾晒，能满足磨料使用时的干燥度要求。非要因5磨料粒度差现场分析磨料铜矿砂目数大小不一，对钢箱梁表面喷砂粗糙度和清洁度有较大影响。要因6铝丝质量较差，铝丝使用过程中变形现场分析进场铝丝质保书符合喷涂要求，且铝丝已经过抽样复验，复验结果满足施工要求。非要因7铝丝直径选用不合理调查取证2mm铝丝喷涂效率较慢，铝丝较细容易产生变形，对电弧喷渡影响较大。要因8除锈工艺不合理现场分析经过首节钢箱梁涂装施工过程，作业人员对施工操作已逐渐熟练掌握。非要因8除锈时间安排不合理调查分析钢箱梁除锈为夜间施工，喷砂完成后能在4h内完成首道铝的喷渡。非要因10喷铝工艺不成熟调查取证电弧喷铝工艺参数选用不合理，没有根据铝丝直径确定喷渡电流、电压、雾化气体压力等参数范围。要因11作业环境恶劣调查取证甬江特大桥施工场地处甬江沿岸，虽同时受东海海洋气候和甬江影响，但喷砂房大大降低了其影响程度。非要因12测量方案不合理、仪器不精确调查取证经调查测量方案比较成熟，以往工程有过实施经验。且测量仪器鉴定证书均在有效期内非要因制表人：郑建凯 审核人：牙马忠 制表日期：2013年8月30日八、制定对策 根据以上要因确认，召开了全体小组成员要因对策分析会议。分析每个要因根源，确定对策。见下表8.1所示：表8.1 要因对策表序号主要因素对策措施目标责任人执行时间1磨料粒度差增加50目筛，配合7目筛一同使用。确保钢箱梁表面喷砂粗糙度和清洁度满足制造规则要求。金 健李国华2013.92013.102铝丝直径选用不合理改用3mm直径铝丝提高电弧喷铝效率，增加单次喷铝厚度，减少因铝丝造成的影响牙马忠 郑建凯2013.92013.103喷铝工艺不成熟优化喷铝工艺，制作喷铝试板，对喷铝工艺参数范围进行缩小。提高喷铝效率，喷渡参数合理化，减少喷渡误差。张建金陈 广2013.92013.10制表人：李国华 审核人：牙马忠 制表日期：2011年12月28日九、对策实施 实施一：检查进场磨料粒度，筛选磨料，对操作人员进行岗前培训针对磨料粒度，项目部咨询了厂家专业人员，确定了铜矿砂除锈粒度指标约为0.51.5mm为最佳，同时为了保证磨料的重复使用率，确定使用-7目+50目筛对磨料进行筛选，同时聘请了专业人员对操作人员进行了培训指导，让操作人员了解除锈原理，能够熟练掌握操作技能。-7目+50目磨料岗前培训 图9-1 岗前培训、磨料筛选 效果：通过以上措施的实施，磨料的粒度得到了有效的保证，一次除锈粗糙度和清洁度合格率达到了100%。并且提高了工作效率，操作人员信心大增，为宁波北环钢箱梁按期交付奠定了坚实的基础。实施二：调整铝丝直径 针对钢箱梁表面积较大，使用2mm直径铝丝喷渡速度和喷渡厚度不能同时保证的情况，小组组长立即组织小组全体人员召开会议，分析其原因，对铝丝直径进行了调整，将2mm直径铝丝改为3mm直径铝丝。根据，可得3mm直径铝丝截面积为2mm直径铝丝2.25倍。在送丝速度不变的前提下，铝丝喷渡效率理论提高为原来的2.25倍。同时对铝丝进行抽样复验，保证含铝量99.5%，符合GB3190-82规定，满足喷渡要求。铝丝取样 图9-2 铝丝合格证及取样效果：铝丝喷渡效率得到了大幅度提高，大大减小了电弧喷铝时间，为防止喷砂后反锈赢得了宝贵时间。实施三：优化喷铝工艺喷铝施工工序：喷砂除锈Sa3级 清扫脱脂检查 试喷镀 喷铝120m （分两道喷涂） 检查。采用-7目+50目铜矿砂对钢箱梁进行除锈，除锈完成后采取elcometer粗糙度复制胶带量规配合Testex Press-O-Film粗糙度复制胶带进行粗糙度测试。粗糙度检测粗糙度拓片 喷涂前先进行必要的工艺实验，以便确定喷涂施工技术参数并选择合理的机械设备组合。喷涂施工技术参数主要是喷涂电压、喷涂电流、雾化气体压力、喷涂距离、喷涂角度、每次喷涂厚度、喷嘴型号、重叠面积等，以保证喷涂层平整、光洁、均匀、粘结性良好，并达到设计要求。喷涂前用干净的高压空气吹去经过喷砂处理的基层表面的灰尘，经喷砂的钢箱梁表面应尽快进行喷铝，其间隔时间控制在4h之内，以免钢材表面氧化形成锈膜。工艺试验参数调节 表9-1电弧喷铝参数优化前后对照表项目单位前期工艺参数优化后工艺参数备注喷涂电压伏特24343034喷渡电流安培100300200300雾化气体压力MPa0.50.50.7喷涂距离mm150300200300喷涂角度度60805080电弧喷铝参数确定后进行钢箱梁喷铝作业。电弧喷铝的原理是利用电弧使每一个喷涂的金属粒子都达到熔融状态，以获得金属粒子间可靠的结合及较高的自身强度。电弧喷涂时用热能来加热熔融喷涂的丝材，同时以强烈的压缩空气吹向工件，在工件上形成致密的涂层，工件升温较低，不使用可燃气体，亦不用搬运部件。喷射方向与工件表面法线之间夹角应以1530为宜，二次喷涂达到规定速度，相邻喷涂区应有1/3宽度重叠，两次喷涂交叉90。电弧喷铝完成后首先进行厚度检查，在钢箱梁表面上以10为一测量单元，每个测量单元至少选取三处基准表面，每一基准表面测量5点，取其算术平均值。漆膜厚度检测测电弧喷铝 空隙率检查：清除涂层表面的油污，尘土并进行干燥，然后用侵有g的铁氰化钾或g的氯化钠溶液大试纸覆盖在喷涂层上min，试纸上出现蓝色斑点不应多于点为合格。剥离检查：用小刀或利器削刮涂层，涂层不得成片脱落，若脱落面积占被检查面积的为不合格，应彻底返工。剥离检查 效果：钢箱梁电弧喷铝质量得到了较大幅度的提高，防腐涂装质量明显改善。十、效果检查1、目标效果 对策实施后，钢箱梁电弧喷铝质量得到了有效的控制，防腐涂装质量有了显著提高。检查结果如下表10.1所示：表10.1 实施效果验证统计表检查项目检查数量（处）允许误差合格数合格率优良数优良率喷铝层厚度5015050100% 4590%有无气泡50不允许50100% 4794%有无裂纹50不允许50100% 4896%有无大熔滴50不允许50100% 4590% 有无脱落50不允许50100% 50100% 有无漏涂50不允许50100% 50100% 空隙率51-3点/25100% 5100% 剥离试验515%5100% 5100% 100%96.2%制表人：郑建凯 审核人：牙马忠 制表日期：2013年10月15日小组成员对活动前后的电弧喷铝质量的合格率及优良率进行了对比，目标对比如下图10-1：图10-1 活动前后目标对比图制图人：郑建凯 审核人：牙马忠 制表日期：2013年10月15日2、经济效益 通过本次QC活动，项目部取得了一定的经济效益。(1)减少人力投入通过磨料粒度控制、铝丝直径改变、优化喷铝参数，显著的提高了电弧喷铝的效率，同首节钢箱梁相比，每节钢箱梁施工可缩短工期4天，计节省约80个工，约节省人工费：80工150元/工=元。(2)节省机械投入为保证钢箱梁喷砂涂装进度，需投入8台电弧喷渡机，通过本QC活动，投入电弧喷渡机仅为4台，节约机械投入费用：4台50000/台50%(折旧）=.(3)节约材料通过本QC活动，逐步完善电弧喷铝工艺，减少了返工造成的磨料及铝丝的浪费，可减少磨料投入约35吨，减少铝材约5吨，共计节省费用约：35吨400元/吨+5吨1000Kg/吨35元/Kg=。减少空压机、砂罐、高压无气喷涂机等设备磨损折旧约折合50000元。本QC活动节约成本共计44.64万元。3、社会效益通过本QC活动顺利解决了宁波北环甬江左线特大桥钢箱梁电弧喷铝质