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自保护药芯焊丝半自动焊临界风速工况条件下气孔的控制中国石油天然气管道局职工培训中心焊接试验QC小组一、项目概述1、风力对气孔的影响管道焊接，是在野外环境下进行的。风力是影响气孔的主要因素。焊接作业理想的工况是无风或微风，但这是不现实也不经济，所以规范中对采用不同的焊接方法施焊时的环境风速做了限制。2、施工标准对焊接环境风速的要求国家标准要求《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369—2006对焊接环境风速的要求：①自保护药芯焊丝半自动焊，风速≤8m/s；②酸性焊条电弧焊，风速≤8m/s；③低氢型焊条电弧焊，风速≤5m/s；④气体保护焊，风速≤2m/s。《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236—98对焊接环境风速的要求：①手工电弧焊，风速≤8m/s；②埋弧焊，风速≤8m/s；③氧乙炔焊，风速≤8m/s；④CO2气体保护焊，风速≤2m/s；⑤氩弧焊，风速≤2m/s。行业标准要求《输油输气管道工程施工及验收规范》SY0401—98对焊接环境风速的要求：①药芯焊丝自保护焊，风速≤11m/s；②气体保护焊，风速≤2m/s；③药皮焊条手工焊，风速≤8m/s。从上述几个标准中可以看出，自保护药芯焊丝半自动焊是目前几种管道焊接方法中抗风性能较好的一种。不同的标准对环境风速要求存在一定的差别，最大风速限制在8~11m/s。另外，焊接材料的类别、焊接材料的型号以及生产的厂家不同,抗风的能力也不相同。自保护药芯焊丝半自动焊是目前应用较多的一种焊接方法。我们小组要通过本次活动，试验出自保护药芯焊丝抗风能力的临界风速。并在临界风速条件下，采取合理的工艺措施，使气孔控制在合格的范围内。3、风力等级表风速风级海上象征(浪高:m)陆地象征Km/hm/s10.1烟能表示风向，但风向标不能转。1~50.3~1.520.2~0.3树叶微响，风向标能转动。6~111.6~3.330.6~1.0树叶及微枝摇动，旌旗展开。12~193.4~5.441.0~1.5能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动。20~285.5~7.952.0~2.5叶的小树摇摆，内陆水面有小波。29~388.0~10.763.0~4.0大树枝摇动，电线呼呼有声。39~4910.8~13.874.0~5.5全树摇动，迎风行走感觉不便。50~6113.9~17.185.5~7.5微枝折断，人往迎风前行阻力很大。62~7417.2~20.7二、小组概况小组名称焊接试验QC小组注册编号EG-04-01课题类型攻关型小组成立时间1999.5.31本次活动时间2006.10.6～12.25序号姓名年龄文化程度技术职称小组职务接受QC教育时间1李颂宏50大专高级工程师组长90(h)2张萍34大专工程师组员80(h)3李会富32大专工程师组员60(h)4陈龙40大专高级焊接技师组员60(h)5邵洪波36大专高级焊接技师组员60(h)6王强34中技焊接技师组员70(h)７柯娜26大本助理工程师组员70(h)8陈国俊40大本高级工程师组员65(h)平均每次活动时间1.5(h)集中活动次数6次小组业绩1999年《确保STT+SAW双管联焊射线探伤一次合格率达95%》获全国优秀QC成果；2002年《提高西气东输管道工程焊工培训合格率》获部优QC成果。2005年《X80管线钢自动焊焊接试验》获全国优秀QC成果；2006年《降低冲击功的离散率》获全国优秀QC成果。2三、选题理由1、不同的标准对焊接环境的风速要求存在着一定的差异；不同类型的焊接材料的抗风能力也存在着较大的差异；不同厂家生产的同一种焊接材料的抗风能力也存在着一定的差异。2、自保护药芯焊丝，大家公认具有较强的抗风能力。但在多大的风速下焊接产生气孔的量会明显增加，而导致焊缝的气孔超标，还没有一个定量的值。3、在相同的风速条件下，采取一定的工艺措施，能够控制气孔的产生量。因此我们选择了《自保护药芯焊丝半自动焊临界风速工况下气孔的控制》作为小组本次活动的研究课题。四、现状调查1、工程现状我们对西气东输管道工程(一标段)，不同风速条件下，采用自保护药芯焊丝半自动焊焊接的焊口无损检测合格率进行了统计。工程名称西气东输管道工程(一标段)钢管材质/规格X70/φ1016×14.6焊接方法自保护药芯焊丝半自动焊施工环境风速(m/s)578.59.210调查焊口数量(道)10022462331不合格焊口数量(道)50345无损检测合格率(%)9510093.582.683.9制表人：张萍制表时间：2006.10.10上表统计了不同风速条件下焊缝的合格率，发现焊缝的无损检测合格率随着风速的增加,合格率有较为明显的下降趋势,但并非风速增加焊缝的合格率一定下降。2、试验现状为了确定本次小组活动的目标和方向，我们进行了一次调查性的验证试验。试验所得的数据如下表：钢管材质/规格X65/φ610×7.9焊接方法自保护药芯焊丝半自动焊试验编号12345678910试验风速(m/s)6789101112131415试验焊缝长度(m)0.958气孔数量(个)0325561191522制表人：张萍制表时间：2006.10.12根据不同风速条件下焊接，焊缝产生的气孔数绘制了气孔随风速的变化曲线图。3气孔随风速的变化曲线21说明：由图可见，当风速＞11m/s时，气孔数量增加较大；当风速＞14m/s时，气孔点数曲线陡升。3、10～11.5m/s风速下焊缝合格率我们在10~11.5m/s的风速环境下,焊接了10道φ273×8的焊口。经无损检测(检测标准：SY/T4109)，合格6道，不合格4道，合格率为60%。试验在培训中心模拟环境试验室进行，试验室主要性能：模拟环境温度——-50~+50℃模拟环境风速——0~20m/s模拟环境湿度——20%~95%03457689101211131415风速(m/s)5101520点数(个)气孔4五、设定目标值60%活动前合格率活动后合格率92%说明：在正常情况下，我们应该避免在大风的环境条件下焊接。或采取有效的防风措施后，方能焊接。但是，在工期紧又无有效防风措施的情况下，采取有效的工艺措施，以提高焊接合格率。当合格率达到92%时，就能保证工程的正常施工。我们的活动目标就是将焊缝的合格率由活动前的60%提高到92%。可行性分析1、人员：小组拥有焊接高级工程师、焊接工程师、焊接高级技师及焊接技师多人。2、设备、材料：设备性能优良；焊接材料具有较强的抗风能力。3、试验能力：本小组具有丰富的焊接试验经验。曾经进行过X70、X80新材料的试验，并在国际著名监理的监督下，进行过多项焊接工艺评定。因此我们认为我们的目标是可行的！5六、原因分析组装质量钝边不均匀错边量过大间隙过大坡口角度过大摆幅过大电弧电压过高送丝速度过快工艺参数焊接速度过快干伸长度过长焊接设备送丝不稳定电弧挺度不够焊工操作方法不当责任心不强气孔由关联图可以看出，共有十三种末端因素影响气孔的产生，它们是：工艺参数摆幅过大干伸长度过长电弧电压过高焊接速度过快送丝速度过快组装质量坡口角度过大间隙过大钝边不均匀错边量过大焊工责任心不强操作方法不当焊接设备送丝不稳定电弧挺度不够6七、要因验证为了找出影响气孔的主要原因，小组的成员对十三个末端因素的验证，制定了措施和计划，实施如下：1、验证分工表序号因素责任人验证日期1摆幅过大陈龙王强11.22干伸长度过长陈龙王强11.23电弧电压过高陈龙王强11.24焊接速度过快陈龙王强11.25送丝速度过快陈龙王强11.26坡口角度过大张萍柯娜10.257间隙过大邵洪波10.288钝边不均匀张萍柯娜10.259错边量过大邵洪波10.2810责任心不强李颂宏陈国俊10.2211操作方法不当王强10.3012送丝不稳定李会富10.2513电弧挺度不够李会富10.252、要因验证表序号因素确认验证负责人日期结论1摆幅过大降低摆幅，坡口过大时，采用多道焊。陈龙王强11.2主要因素2干伸长度过长控制干伸长度在10~15倍焊丝直径下焊接。陈龙王强11.2主要因素3电弧电压过高将电弧电压控制在18~20V。陈龙王强11.2主要因素4焊接速度过快将焊接速度控制在150~200mm/min范围内。陈龙王强11.2非主要因素5送丝速度过快送丝速度控制在2.0~3.0m/min进行了试焊。陈龙王强11.2主要因素6坡口角度过大将坡口角度控制在45~55°间。张萍柯娜10.25非主要因素7间隙过大降低组装间隙，使间隙控制在2~3mm间．邵洪波10.28非主要因素7８钝边不均匀要求机加工者将钝边加工均匀。张萍柯娜10.25非主要因素９错边量过大将错边控制在0.5~1.0mm。邵洪波10.28非主要因素10责任心不强重新选拔试验焊工，并对其进行责任心和质量意识教育。李颂宏陈国俊10.22非主要因素11操作方法不当改变不合理的操作方法。王强10.30非主要因素12送丝不稳定检查送丝轮、送丝软管、焊枪和导电嘴等。李会富10.25主要因素13电弧挺度不够调整电弧的挺度到合适的位置。李会富10.25非主要因素八、制定对策序号影响因素对策目标措施地点负责人时间1摆幅过大降低摆幅找到合适的摆幅降低摆幅，使摆幅控制在10mm内。11.52干伸长度过长降低干伸长度确定合理的干伸长度3电弧电压过高调整电弧电压值试验出比较合适的电弧电压4送丝速度过快适当降低送丝速度调至合适的送丝速度用不同的干伸长度，配合不同的电弧电压和送丝速度施焊。每个参数组合，焊接2个管圈。试验车间李颂宏陈龙王强邵洪波11.55送丝不稳定检查送丝机使送丝速度稳定找出影响送丝不稳的原因并解决。设备维修间李会富王强11.3制表人：李颂宏制表时间：2006.11.5九、实施实施（一）对送丝机的送丝轮进行检查，发现送丝轮磨损严重，对其进行更换，并调整送丝轮的压紧度；对送丝软管进行清理，确保送丝顺畅；检查焊枪，焊枪各开关应灵活；检查导电嘴，磨损较严重应更换导电嘴实施（二）：将影响焊接质量的前四个主要因素所对应的相应参数预设定,进8行组合试验，共有以下36组组合形式。第一组:摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2预设定电压值1干伸长度1干伸长度2干伸长度1干伸长度2干伸长度1干伸长度2预设定送丝速度1预设定送丝速度2预设定送丝速度3第二组:摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2预设定电压值2干伸长度1干伸长度2干伸长度1干伸长度2干伸长度1干伸长度2预设定送丝速度1预设定送丝速度2预设定送丝速度3第三组:9摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1摆幅2摆幅1预设定电压值3干伸长度1干伸长度2干伸长度1干伸长度2干伸长度1干伸长度2预设定送丝速度1预设定送丝速度2预设定送丝速度3摆幅2临界风速焊接试验参数表(模拟环境风速11m/s)试验序号干伸长度(mm)摆动幅度(mm)电弧电压(V)送丝速度(in/min)试验序号干伸长度(mm)摆动幅度(mm)电弧电压(V)送丝速度(in/min)试验序号干伸长度(mm)摆动幅度(mm)电弧电压(V)送丝速度(in/min)1151315018952515018110225014252625315151552715542551816252825515171502029150206250182530257151915531155825520202532259152115022331502210250222534251115231553515512255228024253625通过对焊口进行外观检查和无损检测，初步得出参数范围如下：主要因素参数范围送丝速度80～100in/min(2.03~2.54m/min)电弧电压18～22V干伸长度15~22mm摆动幅度0~5mm10实施（三）：根据初步选定的工艺参数再次进行试焊。初选的焊接工艺参数焊接φ273×8管口10道射线检测外观检查力学性能试验下图为试验焊接现场、试件、试样的图片：11试验循环过程如下：根据检查结果调整工艺参数不合格达到活动目标合格选定焊接参数焊接焊接检验检验结果分析