研制中小径管道滚动焊接支架

研制中小径管道滚动焊接支架

阳江核电项目超越QC小组

前言：

我公司承建的阳江核电一期2X1000MW常规

岛建安一体化工程，单台机组管道系统为45个，

大口径管道总量约为1960吨，中小径管道4万余

米，焊口数量达5万多只。通常，中小径管道施工

是在地面上进行滚动对口并进行焊接，不仅受到施

工区域的限制，也大大降低了施工效率。为了解决

该问题，提高现场施工效率，我们专门成立了“超

越“QC小组。

一、小组概况

表1：小组概况表

小组名称超速QC小组小组所在部门机务工程处

课题名称研制中小径管道滚动焊接支架

课题类型创新型组长张开峰

小组注册号2013-11001-A-005受训课时40课时

成立时间2013年03月小组成员9人

小组成员概况

姓名职务学历小祖职务小组分工

张开峰项目主任专科组长全面负责

孙瑞升副主任本科副组长方案制定

王建凯质保主任本科组员指导策划

吕辉全质保员本科组员指导策划

孙克育专工专科组员技术指导

岳耀峰班长高中组员组织策划

桑宇阳技术员专科组员信息收集

张道旺质检员高中组员过程监督

马国良班组成员高中组员具体实施

制表：桑宁阳2013.03.01

二、选择课题

1.工程现状

在阳江核电项目中小径管道施工中，常用的焊接方式为地面滚动焊接。但为了方便

施工，施工人员又加以改进，制作了平台，进行平台滚动焊接。所以，现有两种滚动焊

接方式：地面滚动焊接和平台滚动焊接。

I

2.方式分析

表2：两种方式的对比表

方法一：地面滚动焊接方法二：平台滚动焊接

优点：1.操作简单；

优占.1榭作简单.

缺2；1.一般施工版域狭窄，滚动范围有限：2.解决了焊接角度带来的困扰：

缺点：1.滚动时需要多人配合，浪费人工,

2.放置于•地面上，焊接角度较差，给施

平均施工效率较低。

工人员带来困扰。

总结：不论是在焊接角度还是在滚动区域限制上，平台滚动焊接都要优于地面滚动焊接。但平台滚动焊接在节

约人工和效率最大化方面明显存在不足。

制表：孙克青2013.03.15

3.小组讨论

针对上述两种方式的特点，从提高中小径管道焊接的施工效率和焊接质量方面出发,

小组特别召开了讨论会。最终决定，在平台滚动的基础上研制一种适用性更强的支架。

因此小组课题确立为：研制中小径管道滚动焊接支架。

三、设定目标

活动目标：研制中小径管道滚动焊接支架

具体指标：

1.可变径，适用于直径219nmi以下的中小径管道焊接。

2.焊口一次合格率298%；

3.可单人施工，焊接效率由单人每日3只提升到每日6只。

表3：使用该支架前后达到的单人效率对比

制图：孙克青2012.04.10

2

四、提出方案并确定最佳方案

（一）找寻设计思路

围绕上述目标，小组成员根据“PDCA循环”拟定出了支架研制流程:

图1

3

提出方案设想:

针对滚动焊接支架的研制，小组成员提出该支型件能需要满足的各个方面，运用亲和图讲行整理，樨出初步设想。

图2：亲和图

中〃俵管道滚动焊接支架

固定部分滚动部分对口部分

满足管道添加管道

因该支架重

滚动顺畅,对口部分

里较大，要

耐用、便于使用图钢制作，

采用牢固结

拆卸筝条应保证圆钢的在原支挂护板

实的底座

件直径小于漆动上加装角钢。

轮的内径。

使

使

能够制作可调节式

用

用

适

用图钢两端进行平台。

槽

钢

于

不套丝，使用蜉栓

钢

板

同

口淬挎。

通过调节平台

制

径

制

的

在轴上加装小的升降来调整

作

管

作

道

圆管，用来避免管件,方便对

滚动轮摆动。口、焊接。

制困：桑宁阳2013.04.30

结构设想简图:

（二）设计方案的提出与论证

小组成员对分析出的W个主要组成结构分别提出了设计方案，并逐一进行论证。

1.固定部分

固定部分主要作用就是为滚动提供支撑，在该部分结构选择方面，小组提出了

三种方案：

表4：三种设计方案对比

方'案底座+支撑柱底座+支撑护板支撑平台

Aon-fl,1

模型图II11

r—1

底座与支撑柱连接，滚动轮在两底座与支撑护板连接，滚动轮在滚动轮在两个支撑平台之间滚

原理

个m支撑轴之间滚动两个支撑护板之间滚动动

稳定性重心在装置中心，，稳定性较强甫心在装置中心_L,稳定性较强重心在装置中心,，稳定性较强

美观性美观性良好美观性良好结构笨重，美观性较差

1.支撑柱的特点是截面积较小，1.截面积较大，且厚度较小，可1.与支撑柱一样，很难开孔和挖

比较厚，很难进行开孔、挖槽，根据需要进行开孔、挖槽，易操槽，可操作性很差，很难达到变

可操作性

很难达到变径的效果；2.结构轻作，可变径;径的效果：2.重量较大，需多人

便，可单人挪动。2.结构轻便，可单人挪动。配合才能挪动。

结论从稳定性、美观性、可操作性考虑，小组选择采用“底座+支撑护板”方案。

制表：桑宁阳2013.05.10

1）对于支架底座，班组成员提出了两种设计思路:

5

630的钢板

支架底座

［10的槽钢

表5：两种材料对比:

方案330的钢板

模型图I------------;

从槽钢标准GB707-88查到［10的槽钢每米重:

从钢板标准查到的钢板每平方米重（总面积高度*长度腿宽*长度

便捷性GB709-886308.59Kg,S=+2*

235.5Kgo=100mm*1000mm+2*46min*1000mm=0.192m2）,约合每平

方米44.7kg。

旃板印博/mm屈服溷度0（2位）Q2154质的跚强度是215MPa,抗艇期是335-410MPa

3-16510-040>345

Q23网质的跚强度是235MPa,抗般螭是$75460MPa

稳定性>16-36500-630>325

>36-60490-620>315Q34网质的跚强度是345MPa,勉强翳是NO&OMPa

以上为Q345利f质的抗拉强度和屈服强度，以上为各种材质的槽钢的抗拉强度和屈服强度，与钢

与槽钢力学性1能相似，能够满足支架需要。板性能相似，能够满足支架需要。

名称型号材质价格〈揖■吨）

类别材质厚度（BM）单价（每吨）

Kin1O#Q236B3640

83870出钢12#Q23bB3640

93740也钢140Q235B3640

普t・钠Q236B3640

f・钢18«Q23bB3690

通103740

经济性H钢209Q236D3690

钢

Q235B123640出钢22#Q236B3630

板

14-253580槿钢25#Q235B3600

MK闭30#Q236B3760

273590憎钢32#Q236B3740

□€5#Q236D3740

30\35\40\453640也指40#Q235B3740

美观性比较笨重，美观性较差美观性较强

总结从便捷性、稳定性、经济性、美观性方面综合考虑，小组选择［io的槽钢作为支架底座。

制表:桑宇阳2013.05.15

2）对于支撑护板，小组从各方面考虑，最终确定了支撑护板采用“流线形、开孔”

方案。该方案不仅满足了支架的美观性，也能使支架达到可变径的目的。

以下是方案制定的具体流程：图3

使用厚钢板制作考虑到美观，设计外形

开孔，满足固定轴要求支撑板滚动凹槽设计

K

地加开孔数达到可变径目的对支探板进行打磨完成，与底座迸行组装

制表：桑宁阳201305.20

6

在此方案的制定中，外形的选择、滚动凹槽的设计和开孔的数目是支撑护板完成的

重要环节。

①外形的选择

在外形的选择上，小组成员展开头脑风暴会议，提出两种方案:

表6：两种设计方案对比

名称矩形护板流线形护板

该护板较重，增加r支架本身的重量，不便于挪该护板较轻，使支架更加轻便，便于挪动，实用性较

动，实用性不强强

结论从美观性、稳定性、实用性考虑，小组最后选择采用流线形护板。

制表：桑宁阳2013.05.25

②滚动凹槽的设计

滚动凹槽角度的确定要以确保管道能在凹槽内

滚动顺畅且能达到最大接触面积为前提。现场施工管

道的半径为L2,管道与支架凹槽底部的距离为L1,

管道与支架的角度为0（见图7）。如果使管道与支架接

触面积增大，那么L2要与L1无限接近，根据三角形

的特点和圆弧定律，860°又因9=2a那么9约为

120°o

结论：滚动凹槽设计角度约为120°o

7

③开孔的数目

为了使支架适用于不同管径的中小径管道，小组提出了在护板上开孔的办法。在开

孔数目上，小组也提出了“4个”、“6个”、“8个”三种方案,

表7：三种方案对比

制表:桑宁阳2013.05.30

2.连接部分

连接部分主要作用是连接两端的支撑护板，这就要求该部分要有良好的抗拉性能和

抗压性能。在连接部分的设计上，小组考虑到了材料的选择、固定方法和部件长短三个

8

方面;

①材料选择上，小组同样提出了以下两种思路:

连接板材料I—

表8：两种材料对比

名称角钢扁钢

实物

表1Q45角钢的力学性能榆®

tOn.磨遹更治哪

Table1Xfeclniiicprop^rtj-ofQ4Sangle眄(20t)

抗控暑度弼银卷.度仲长率MPa%

力学J

性能QB53m50。>26■

实测值43035532.0

>26>27

标KlffiiCB1591-"4。~630>345360*510>35

410-560>23>27

以下是对连接板承重进行分析：1、现已知支架适用的最大规格为219mmx7mm,木项目预制管道的长度

一般不会超过9m,碳钢的密度为7.85g/cm3（不锈钢和合金钢也相近）；2、管道横截面积S=五*直径*

受力长度=3.14*219mm*9000mm=6188940mm2;3、管道的重量乂=面积*厚度*密度=

分析6188940mm2*7mni*7.85g/cm3340.lKg;4,支架应承受重力G重量*9.8N/Kg=3332.98N;5、连接板的血枳

$=重力/抗拉强度，使用角钢屈服强度为335MPa,最小面枳为10加2：使用Q235扁钢屈服强度为235MPa,

连接板最小画程为」4i*两种材科刎积牧人的匿况下均能使用。

经济性费用高，市场报价约4.12元/米费用低，市场报价约1.59元/米

美观性不美观较美观

结论从力学性能、经济性和美观性综合考虑，小组最后选择采用“扁钢”作为连接部分。

制表：桑宇阳2013.06.03

②在固定方法选择上，因支撑护板与底座使用的焊接方法组合，所以连接板也使用焊接

方法;

③从连接板长短上，小组也提出两种方案进行分析:

9

表9：两种方案对比

名称短连接板+三套支架长连接板+两套支架

模型图JL

在管道中间和两端各个放置一套支架，共有三个只在管道两端放置支架，共两个接触点，每套支架

原理

接触点，但每套支架与管道接触面枳较小。与管道接触面积较大，总接触面枳与前者相同。

承受能从表10中得知，单套支架承受能力很强，能够从表10中得知，单套支架承受能力很强，能够满足

力满足现场施工要求。现场施工要求。

连接板重量较小，对支架重量的影响可忽略不计。

便捷性三套支架，总市量较大，便捷性较差。

与前者相比，总重量较小，较便捷。

经济性三套支架，造成材料和人工浪费。相比前者，两套支架节省了材料和人工。

两种方案均能用于支架的制作，但从便捷性、和经济性上考虑，后者明显优于前者。最终，小组决定

结论

采用“长连接板+两套支架”方案.

制表：桑宁阳制表.06..08

3.滚动部分

1）在滚动轮的选择上，小组同样提出了三种思路:

针对以上三种设计思路，小组进行分析了细致的分析：表10

橡胶轮碳钢轮不锈钢轮

10

实物

©©«)涓

规格直径为55nm直径为55mm直径为55nm

重量60g/个100g/个110g/个

价格11元/个15元/个20元/个

抗压性良好良好良好

抗磨性较差良好良好

长时间使用会锈蚀，与不锈钢

长时间使用容易被污染，间接

成品保护管道接触容易造成污染，严重.适用范围较广

的破坏了管道的成品保护。

影响成品保护。

长时间的锈蚀影响了支架的美

其它使用周期较短，要及时更换。使用周期长，外形美观。

观。

经过对三种滚动轮的对比发现：橡胶轮虽然具备重量较轻、价格便宜等优点，但在抗磨

性及成品保护上较差；碳钢轮虽然在抗压性、抗磨性等性能上良好，但使用过程中容易生锈，

综述

影响成品保护和外形的美观：而不锈钢轮在性能上不仅具备良好的抗压性、抗磨性，且外形

美观，在成品保护方面也无任何影响。

结论综上所述，小组决定滚动部分选用不锈钢轮。

制表：孙克青2013.06.15

2）固定轴由三个部件组成:

表11:各部件的分析表

部件名称图片作用材料选杼

|

直径为20mm的圆钢，

主轴为滚动轮提供滚动渠道。

两端进行套丝处理。

1—

II

紧固件对主轴两端进行固定。选用M18的不锈钢摞母。

限定滚动轮活动范围，避免

套管直径为25mm的不锈钢小管。

■||滑动轮因摆动带来的磨损。

制表：桑宁阳2013.06.20

3）为了防止管道滚动过度，小组提出了两种方案:

名称材料卡固法螺栓紧固法

模拟图

原理在两个滚轮间加上阻挡物，限制滚轮活动通过紧固滚动轮，达到限制滚轮活动的目的

支架在变径时，滚轮间距变化，阻挡物的规格也

可操作性不受变径的影响，且操作简单

要随着变化。

安全性阻挡材料断裂，造成安全隐患安全性能较高

阻挡物要承受很大的压力，所以材料的要求很高，

经济性使用螺栓紧固，十分便宜

造价昂贵。

美观性在滚轮间加装阻挡物，十分不美观较美观

结论从可操作性、安全性、经济性、美观性上，小组决定采用螺栓紧固法。

制表：孙克青2013.06.22

4.对口部分

针对此支架的局限性，小组成员集思广益，最终决定在原支架的基础上增加管道对

口部分。在该部分结构选择上小组提出了两种方案：

12

表13

名称折登式对口平台滑动式对口平台

模型图

使用金属折合页把对口平台连接到支撑护板上，平在支撑护板上加装导槽，平台下方加装调节杆。通

原理

台下方加装一个用螺丝连接、可拆卸的支撑杆。过调节杆的活动，实现对口平台的上下滑动。

可操作性结构简单，易操作结构简单，易操作

稳定性与支撑护板连接点只有一个，稳定性较差与支撑护板连接点有两个，稔定性较强

不能根据管件的长短进行调节，适用范围较窄，实可根据管件的长短调节平台的高度，保证了管件对

实用性

用性较差。口的质成，实用性较强。

结论从可操作性、稳定性、实用性上，小组决定采用滑动式对口平台。

制表：桑宁阳2013.06.25

从上图可知，对口部分主要由对口平台、调节部分和导槽组成。

对口平台是为弯头、三通等管件的组对和焊接提供平台，解决了施工中因焊接角度

带来的施工难题。小组在平台材料选择上提出了三种方案并分别论证

表14:三种方案对比

经济性14元/m'（厚度为4mm）24元加,（厚度为4mm）31元加’（厚度为4nm）

坚固性熔点较低，坚固性较差良好良好

长时间使用易磨损，且很难与调节长时间会锈蚀，不适用于不锈不易磨损，能用于不诱钢和碳钢

实用性

部分进行连接钢对口、焊接。管的对口、焊接

结论从经济性、坚固性和实用性考虑，小组最后选择使用不锈钢板。

13

制表：桑宁阳2013.06..29

②调节部分是由三根调节轴、一个调节轮和一个调节三通组成，该部分中的竖轴与

平台焊接在一起，这样就可以通过调节竖轴来实现平台的上下滑动。

在选择调节轴材料时，小组进行了两种不同方案的分析：

表15:两种方案对比

制表：桑宁阳2013.07.01

③导槽是使用角钢制作，主要作用是为平台上下滑动提供滑动渠道。从表10的分

析中得知角钢的力学性能很好，且角钢结构简单、易操作，十分实用。

（三）确定最佳方案

通过分析论证试验，我们确定了滚动焊接支架最终方案，以下是方案设定的分解图:

图4

14

支架底座材料用［io槽钢

固定部分外形为“流线形”

支撑护板凹槽角度120。

开孔数为6个

中

小

径

管

道

滚

动

焊

接

支

架

采用不锈钢板

对口部分材料选择：圆钢

材料选择：角钢

制图：桑宁阳2013.07.05

五、制定对策

1、方案的分解

为制定出切实可行的对策，小组成员首先对实现方案的各个环节进行了细化:

图5:方案分解系统图

中图纸设计620的图钢Im,Z20*3角铁400mm,

的不镌钢钢板一块，的不锈

小15O*3OOmm655

解68个，625的钢管Im,Ml8的姆母12

径

材料;菖南个，68的钢板7003000mm,［10的槽钢

管

1800mm等。

道

滚

下“

动

焊

接加工制作开孔、打JB

支

架

组装、剧漳

现场应用

制］图：桑宁阳2013.07.10

2、制定对策表

15

小组根据小W1H”原则,制定出了详细的对策表：表16

序完成

对策目标措施地点负责人

号时间

绘制滚动图纸经过会

图纸1、绘制焊接支架图纸。项目

1焊接支架签、会审，标07.20桑宁阳

准备2、进行图纸会审。部

图纸注明确，

材料达到图纸设1、提材料计划，提交到物资公司。物质

2外购07.27桑宁阳

准备计性能要求。2、对领到的材料进行验收公司

1、固定部分

①底座下料

②支操护板下料

2、连接部分

①连接钢板下料

3、滚动部分

尺寸偏差土预制

下料①圆钢下料08.08马国良

2mm车间

②圆钢两端套丝

③套管下料

加

、对口部分

工4

3制①组装平台下料

作②调节支架下料

③导槽下料

开孔、打预制

偏差±0.5mm固定部分支撑护板开孔08.10马国良

磨车间

1.先将各部分组对

各部分能够预制岳耀峰

组合2.对不合适部分进行调整08.13

正常使用车间马国良

3.调整合格后，进行焊接

保证各部件预制

刷漆对以上各部件进行刷漆08.15马国良

均匀涂制车间

能够

K适

中

于

用

张开峰

管

径

小

孙瑞升

接

焊

道1、进行安全技术交底培训08.20

现场施工孙克青

凰

4试用过2、现场应用的指导到

应用现场张道旺

部

各

分3、在阳江核电工程使用现在

常岳耀峰