湖北省电力建设第二工程公司焊接QC小组--提高凝汽器钛管板焊接一次合格率三号字体

1、湖北省第二十五次质量管理成果评审材料中山南朗燃机电厂（2×135MW）施工QC课题提高凝汽器钛管板焊接一次合格率发布人：李华东湖北省电力建设第二工程公司 焊接QC小组二五年三月提高凝汽器钛管板焊接一次合格率一、 小组概况小组名称 焊接QC小组受教育情况人均接受TQC教育50小时活动课题提高凝汽器钛管板焊接一次合格率成立时间2004年8月小组类型现场型注册时间2004年8月注册号THJ2004TH01小 组 成 员本次活动情况活动时间2004年8月2004年10月 姓名性别年龄文化程度职务组内分工张文彪男41本科总工组长周 利男35本科工程师副组长陈利平男40本科高级工程师副组长李华东

2、男25专科助理工程师组员李晓舜男28专科助理工程师组员朱正权男35本科工程师组员刘 军男32中技作业手组员陈 俊男28大专作业手组员廖清明女24中专技术员组员 本QC小组活动辅导员：孔庆安 二、 背景材料目前国内大型机组凝汽器冷却管在淡水中，一般选用黄铜、白铜管或不锈管管，在海水中一般选用钛管(Titanium)。我公司承接的广东中山南朗燃机电厂其冷却管采用工业纯钛焊接管TAI。由于钛金属在高温下强烈吸收氢、氮生成使焊缝表面呈现微黄或发蓝的TiH2、TiN等钛化合物，这些钛化合物严重影响焊缝的机械性能，降低冲击性，更甚者产生冷裂纹。因而，业主非常重视钛管的安装焊接质量；且钛管的安装焊接质量直接

3、影响我公司在华南地区的形象。三、选题理由按照业主要求，凝汽器钛管板焊接一次合格率达到93%。本工程目标 1、该凝汽器的钛管板焊接在我公司及湖北省电力行业首次施工，没有成熟的经验可供借鉴。2、1机组凝汽器钛管板焊接一次合格率仅为84.7, 由于返工致使工期延误，业主不满意。3、该电厂是我公司在华南地区的“窗口工程”,工程安装质量的好坏直接影响我公司是否能进一步开发华南市场.现状提高凝汽器钛管板焊接一次合格率选 题四、现状调查 针对1#机组凝汽器钛管板焊接一次合格率不高的现象，我们对其现场焊接记录和检验记录进行了收集，经统计分析；共计有2890个焊口返工，发现气孔、氢化、未熔合等缺陷是造成焊口返工

4、的主要缺陷；因此必须降低产生气孔、氢化、未熔合等缺陷的频率。1机凝汽器钛管板焊接缺陷焊口返工情况的统计表1：序号项目数 量频 率（）累计频率（）1氢化127144.4442气孔65022.3673未熔合48316.5834裂纹2408.3925夹渣1766.1986其它702.41007合计2890100根据统计表绘制焊口返工原因的排列图如下： 图一：凝汽器钛管板焊接缺陷排列图 制图：李华东 日期：2004年11月从排列图中可以看出；氢化造成的焊口返工1271个，占总返工数量的44.4；气孔造成的焊口返工650个，占总返工数量的22.3；未熔合造成的焊口返工483个，占总返工数量的16.5；三

5、项缺陷出现总和为2404个，出现频率达到总频数的83。 因此，可以很直观的看出影响钛管板焊接一次合格率不高的原因有氢化、气孔、未熔合三个方面。五、可行性分析及目标设定1.必要性业主要求凝汽器钛管板焊接一次合格率必须达到93%，因此必须解决氢化、气孔、未熔合三大问题。2.可行性根据排列图分析：已知我们在1机凝汽器钛管板焊接施工中一次合格率现有水平84.7%，如果将氢化、气孔及未熔合三大缺陷解决，能挖掘的潜力为A(100%-84.7%)×83%=12.7%即焊接一次合格率提高了12.7%。则总的一次合格率为84.712.7%97.4，超过业主的质量目标。我公司焊接技术中心针对1#机组出现

6、的缺陷，重新完成了凝汽器钛管板焊接工艺评定的试验工作，基本掌握凝汽器钛管板焊接工艺控制的要素，对于解决焊接过程中出现的氢化、气孔及未熔合等缺陷提供了技术条件。小组成员具有较强的现场解决问题的能力和一定的焊接理论知识，加之有公司各级领导的支持,有技术部门和相关人员的积极配合；并通过#1机凝汽器钛管板现场焊接施工，我们从中积累了一些的钛管板焊接经验，因此，我们有信心解决焊接过程中出现的氢化、气孔及未熔合问题。3. 设定目标根据可行性分析，本小组决定将2#机组凝汽器钛管板焊接一次合格率目标值设定为95%。制图：李华东 日期：2004年11月图二：钛管板焊接一次合格率目标图 六、活动日程及推进计划项

7、目任务分担月份2004年8月9月10月选定课题全 员计划实施现状调查李华东刘 军计划实施原因分析全 员计划实施制定对策全 员计划实施实施全 员计划实施效果检查李华东陈学兵计划实施总结全 员计划实施制图：李华东日期：2004年11月七、原因分析在确定目标后，小组全体成员运用“头脑风暴法”，从人、机、料、法、环五个方面入手，一共找出导致1机组凝汽器钛管板焊接产生氢化、气孔、未熔合等缺陷的十个末端因素，并逐一进行了分析，绘制如下关联图： 违反工艺操作作施工工艺不合理保护气体流量不适宜钛管的胀切未达到要求 胀管器操作不对气孔氢化施工人员培训不到位未熔合氩气后保护流量及时间不足纯度没有达到施工要求焊速不

8、当保护气体出口压力过小胀管器损坏或未校验焊机操作不对焊枪定位轴心清理不净保护气体氩气纯度达不到施工要求99.99焊枪较重焊枪角度不对现场防风雨条件差脉冲电流不合理管工未严格执行作业指导书程序长时间平稳操作难焊枪轴芯气管和水管进口处密封不良 制图：李华东 日期：2004年11月图三：焊接缺陷关联图八、要因确认根据现场实际情况，小组成员对关联图的各末端因素进行实地逐条分析、验证。验证1现场防风防雨条件差凝汽器钛管板焊接是在厂房内施工，且施工前已按照施工要求搭建了防风防雨设施，并通过验收合格，完全满足凝汽器钛管板现场施工的环境要求。结论：非主要原验证2保护气体出口压力过小(1) 输送保护气体氩气的皮

9、管使用前均进行了外观检查和通气试验，无破损漏气和堵塞现象，氩气输送通畅。(2) 按照钛管板焊接规程规范要求，在施工过程中，当氩气瓶中的余量低于1.96MP时已停止使用，确保氩气余量，满足了焊接施工要求。结论：非主要原因验证3施工人员培训不到位。经过查阅有关培训记录；在正式施焊前，钛管板安装施工人员都接受了岗前培训，培训内容包括焊机、胀管器的正确操作使用，施工工艺的正确操作及施工要领，经过考核取得上岗合格证。岗前培训已满足凝汽器钛管板施工要求。结论：非主要原因验证4胀管器损坏或未校验施工中所使用的4台胀管器是经过校验并且在有效期内使用的，在施工过程中，虽然有一台胀管器损坏，但是损坏以后已停止使用

10、。胀管器能保证胀管工作要求。结论：非主要原因验证5管工未严格执行作业指导书程序凝汽器钛管板焊口近两万个，管工长时间作业、疲劳、责任心不强，在操作过程中未能严格执行作业指导书，导致了以下问题：（1）由于钛金属对焊件的清洁度要求较高，如果焊件上有水或油性圬渍时，在焊接过程中，水和油性圬渍会分解出氢；在高温下，钛金属易与氢反应生成使焊缝表面呈现微黄或发蓝的钛化合物，造成氢化缺陷；氢化后的钛化合物严重影响焊缝的机械性能，降低冲击性，更甚者产生冷裂纹。实际检查，发现有1271个焊口出现氢化。（2）按照规范要求，胀管工序中管壁胀薄应为其管壁厚度的4-6%，而实际检查，由于管工胀管力度不够或加力时间不足，使

11、得部分管壁胀薄厚度在2-3.5%之间，从而导致欠胀；再由于管工胀管力度过大或加力时间太长，使得部分管壁胀薄厚度在6.5-8%之间，从而导致过胀。欠胀使得钛管与管孔密封不严，过胀使得管壁过薄，在焊接过程中产生未熔合缺陷。(3)按照规范要求，胀管后的切管余量应为0.1-0.2mm。经现场实际抽查测量，发现部分管口的切管余量均在0.25-0.3以内，切口过长现象，易造成钛管焊接未熔合缺陷的产生。结论：主要原因验证6：焊枪定位轴芯清理不净焊枪定位轴心的作用是把焊枪定位于管口处。若清理不净的定位轴心插入管口时，将会影响管口的清洁度，会产生氢化、气孔等缺陷。通过实际检查，焊前均对焊枪定位轴芯进行了清洗，并

12、在焊接过程中，每焊接十个焊口再次对焊枪定位轴心进行擦试，保证了定位轴心的清洁度。结论：非主要因素验证7：氩气纯度没有达到要求经查阅氩气入库及领用记录，发现1#机组凝汽器钛管板焊接过程中使用氩气纯度为99.95，没有达到氩气纯度为99.99的要求。由于纯度为99.95的氩气中还含有0.05的水汽和空气等杂质，在焊接过程中，易产生氢化和气孔缺陷。结论：主要原因验证8：施工工艺不够合理1机组凝汽器钛管板焊接作业指导书没有根据现场环境条件、工件大小等实际情况编制。而规程规定的工艺参数只是一个范围值，即保护气体流量为8-10L/min，后保护时间为4-6s，焊接速度为2.02.2r/min，脉冲基值电流

13、为35-45 A。虽1#机组钛管焊接参数是按以上工艺参数范围设定，但是在施工过程中，产生了氢化、气孔、未熔合等焊接缺陷。经查阅有关技术资料得知：当气体保护流量偏小或偏大时，则钛金属易与空气中的H、N发生反应产生氢化、气孔等；后保护时间偏小同样会产生氢化缺陷；当焊接速度过快时，熔池金属有可能未完全熔合、保护气体不充分，则会产生未熔合、气孔、氢化等缺陷；当脉冲电流过小时，钛金属不能完全熔化，则会产生未熔合缺陷。因此，必须根据现场的实际情况设定最佳的焊接工艺参数。结论：主要原因验证9：焊枪轴芯气管和冷却水管的进口处密封不良为了防止焊枪轴心过热，保证轴心正常运转，焊枪本身使用了冷却水以降低轴心温度，而

14、在1机钛管板施工过程中，由于焊枪两管口的进口处密封处垫圈磨损，无法起到密封作用，造成冷却水渗入到气管内，与保护气体形成雾状一起喷出，造成氢化和气孔缺陷的产生。焊枪轴心结构示意图结论：主要原因验证10：焊枪较重焊枪重达4.6Kg，若长时间没有外力支撑下进行焊接操作，会造成焊枪角度不对，在1机组施工中，使用一吊挂弹簧拉力器使焊枪处于水平吊挂状态，施工人员就很容易进行操作，防止了因长时间操作不平稳而造成焊枪角度变形产生未熔合或者焊接中断现象。结论：非主要原因通过要因论证，确认主要原因有：1、管工未严格执行作业指导书程序2、氩气纯度没有达到要求3、施工工艺不够合理4、焊枪轴芯气管和冷却水管进口处密封不

15、良 九、制定对策针对影响凝汽器用钛管板焊接质量的主要原因，我们QC小组经过讨论制定了相应的对策，列表如下：序号要因对策措施目标完成时间负责人1管工未严格执行作业指导书程序规范作业程序1、做好钛管板的胀切清洗以及焊前清洗工作。2、通过试验，确定合适的胀管力度和加力时间，控制胀薄厚度。3、确定切管工具最佳切管预留值，锁定此值后进行切管，再用千分尺检查切管后余量是否在要求范围内。1、确保管口无水迹和油渍等可视性污渍。2、将胀薄厚度控制在管壁厚度的4-6%。3、切管余量控制在0.1-0.2mm。2004.9.4周 利朱正权李华东2氩气纯度没有达到施工要求使用符合要求的氩气1、使用纯度经过检验合格且达到

16、施工要求的氩气。2、派专人监督氩气流量计，当氩气不足时应立即停止使用。1、保证保护气体氩气纯度不低于99.99%。2、确保瓶中氩气余量不低于1.96Mpa。2004.9.8张文彪周 利李晓舜3施工工艺不够合理制定合理的施工工艺1、根据新的工艺评定参数，结合现场实际情况确定保护气体流量、后保护时间、焊接速度、脉冲基值电流等四个焊接工艺参数参考值。2、根据新的工艺参数值反复进行试验，确定最佳的焊接工艺参数。1保护气体流量：9-10L/min，后保护时间：4-5.5s，焊接速度：2.12.2r/min，脉冲基值电流：38-42 A。2、确定出最佳的焊接工艺参数2004.9.5李华东刘 军陈 俊4焊枪

17、轴芯气管和冷却水管的进口处密封不良使焊枪轴芯气管和冷却水管的进口处密封良好定期检查更换防磨及耐高温垫圈。确保焊枪轴心和冷却水管进口处密封良好2004.8.25李华东刘 军陈 俊制图：李华东 日期：2004年11月十、对策实施实施1 规范作业程序。（1）本次活动选择责任心强的人员担任钛管的胀切清洗工作，先把丙酮装入喷壶内对管口进行喷洗，然后用白绸布擦拭去焊口上的清洗物，再用白绸布蘸丙酮对管口清洗，清洗完后，用白绸布擦拭焊口未发现可视性污渍存在。（2）模拟凝汽器钛管板正式胀管,把胀管试件垂直固定进行胀管,每胀一个管口,测量其胀薄厚度是否达到要求?直至胀薄厚度达到要求时,记下此时的胀管力度和加力时间

18、,再进行反复练习,最终确定最佳的胀管力度和加力时间。在正式胀管时，使用最佳胀管力度和加力时间进行胀管工作，保证了管壁胀薄为管壁厚度的4-6%。（3）在胀管模拟后的试件上进行切管试验，每切一个管口,测量管口余量是否在0.1-0.2mm之间，直至切管余量达到要求，测量出此时切管机的切管预留值，然后锁定此值进行反复练习，以此确保此值的准确性，进而保证了每个管口切管余量在0.1-0.2mm之间。按照上述要求进行的焊前清洗、胀管、切管工作均满足了焊接要求。实施2：使用符合施工要求的氩气（1）此次活动预定购买了纯度为99.995%的氩气，满足了氩气纯度不低于99.99的要求；为了防止氩气纯度未达到所标示的

19、纯度值，在氩气入库前，我们对所购的氩气进行了纯度检验，确保了氩气的纯度。（2）在施工过程中，派专人监督氩气流量计的压力读数，当氩气流量计压力读数显示不足1.96Mpa时，应立即停止使用，确保氩气纯度满足施工要求。实施3：制定合理的施工工艺把胀切清洗合格后的试件与凝汽器本身连接成一整体进行焊接试验，即相当于凝汽器管板正式施工作业，从而避免了因环境改变和试件大小改变造成焊接参数改变。根据新的工艺评定给定的四个参数范围，一共做了十组试验，最终确定出一组最佳的焊接工艺参数，即气体保护流量为10L/min，后保护时间为5s，焊接速度为2.15r/min，脉冲基值电流为40 A。具体见下表：最佳施工工艺参

20、数表：焊接参数单位范围氩气提前时间T1S5焊接预热时间T2S1.0保护氩气流量L/min10后保护氩气流量L/min10焊接速度r/min2.15脉冲基值电流A40脉冲峰值电流A80脉冲周期Ms450占空比%40氩气滞后时间S5脉宽比Amp3延熔段DD/605制图：李华东 日期：2004年11月依照上述工艺参数进行施工，取得了很好的效果。如图所示：实施4：使焊枪轴芯气管和冷却水管的进口处密封良好 请焊机厂家维修人员对焊枪轴心两管的进口处密封不良问题进行了检查维修，发现两管进口处的密封垫圈均被磨损，更换成防磨及耐高温的垫圈。由于焊枪长时间连续作业，垫圈会受到一定程度的磨损，为了防止出现水汽一起喷出现象，我们每隔一周对垫圈进行更换，保证了焊枪两管进口处密封良好，杜绝了水汽一起喷出的现象。十一、效果检查1、 目标检查此次QC活动期间，我们随机进行了三次抽查，抽查焊口数均是2000个，并对焊口一次合格率进行了统计，统计如下表：抽查时间抽查焊口数一次合格率2004.9.12200097.42004.9.20200095.82005.9.2820