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【摘要】厚板焊接最常见的问题较多，本文通过QC小组活动，成功克服了高强度钢厚板焊接难题，总结了一套高强度钢厚钢板焊接的施工工艺，可以在今后类似工程中推广使用。
【关键词】厚钢板焊接工艺合格率
中图分类号：P755文献标识码： A
一、工程概况
洛阳市隋唐城天堂遗址保护展示工程位于洛阳市中州路与定鼎路交叉口东北角原唐故城定鼎门遗址上，建筑主体设计为地上十层，建筑物总高度约90米，主体结构采用钢框架结构。地上框架通过转换桁架层与基础结构相连。
桁架层有12榀箱型管桁架和4道大型圆弧梁组成整个结构受力体系，为提高转换桁架层的整体刚度，设计采用了高强度钢材Q420D，板厚30mm、40mm和60mm不等。Q420D钢材较一般钢材可焊性差，焊接工艺复杂。设计要求现场焊缝质量等级达到一级。
按照设计图纸，本工程钢结构总重约为5000吨，桁架层重约2600吨，本工程焊接具有技术要求高、复杂、工作量大的特点，是一项典型的系统工程，焊接工程质量是整个工程质量控制的一重要环节。
三、选择课题
四、现状调查
据调查所知，由于厚钢板焊接的难度，复杂程度和受环境因素的影响，一般涉及到厚板焊接的钢结构工程现场焊缝一次合格率大多低于90%，有些工程更低。厚板焊接最常见的问题：根部未焊透、填充层未融合、夹渣、气孔、表面咬边、裂纹、余高过大、成型不好、焊瘤、电弧擦伤等。为此我们在2011年7月份对现场陆续进场的焊工进行了焊工考试，参加考试的焊工需完成平焊，横焊和立焊三组试件，参加考试焊工66名，完成试件198块共79.2m焊缝，其中69.8m合格，合格率88.1%。
五、设定目标
1.设定目标：把本工程Q420D厚板焊接一次合格率提高至96%以上。
2.目标分析：通过对厚板焊接的现场调查表明，100%-88.1%=11.9%，其中焊缝夹渣和未融合所占频率为79%，小组分析认为，只要治理夹渣和未融合90%，可将不合格率降为11.9%-11.9%79%90%=3.44 ，则焊缝的一次合格率1-3.44%=96.56%96%。
六、分析原因
小组成员通过现场调查走访，查阅类似工程文献和专家咨询，采用头脑风暴法，从人员、材料、机械、方法和环境五大因素分析造成厚板焊接夹渣和未融合的原因，整理绘制因果图如下所示：
焊缝夹渣因果图
焊接未熔合因果图
九、对策实施
实施一：进行焊接工艺试验完善焊接工艺
公司聘请了中船重工材料研究所的焊接专家作为本工程的焊接顾问，并在中船重工材料研究所的指导下完成了Q420钢材的焊接工艺性能等一系列试验研究，为本工程的焊接活动提供了有力的技术支持与保证。
在焊接材料的选择上，以满足焊缝金属强韧性要求为指标，通过调整焊缝金属的微合金化程度，同焊接规范相配合，使焊缝金属产生的针素体而获得理想的焊缝强韧性，从而获得焊接工艺试验的成功，确保工程实体质量。通过初步筛选，本工程初选双瑞牌焊丝和大西洋焊丝作为本工程的焊接材料，对焊丝进行了比较分析，试验项目如表所示:
序号 子试验名称 试验项目 试件数量 结论
1 Q420DZ15钢材复试 化学成分分析力学性能复试 6 合格
2 双瑞ER55-D2-Ti焊材复试 化学成份分析 2 合格
3 大西洋CHW60C焊材复试 化学成份分析 2 合格
4 大西洋CHW-S9+ CHF-101 熔敷金属力学性能试验 3 2组合格
5 大西洋CHW-60C+100%CO2 熔敷金属力学性能试验 3 2组合格
6 双瑞H10Mn2+ SJ-101 熔敷金属力学
性能试验 3 合格
7 双瑞ER55-D2-Ti+100%CO2 熔敷金属力学
性能试验 3 合格
8 Q420DZ15热切割试验 对母材的热影响试验 20 淬硬层硬度较高，切割前高于120ºC进行预热或采取切割后刨（铣）边措施
根据试验，本工程所选用的舞阳钢厂Q420DZ15钢材满足国家规范要求和设计要求。试验报告见下图所示：
钢材合格证及复试报告 钢材化学成分分析及力学性能检测结果
经过试验大西洋焊丝比双瑞焊丝性能优良，更适宜于本工程的高强度钢材焊接，满足设计要求。故本工程确定的焊材如下所示：
钢材 GMAW FCAW-G
Q420DZ-15 CHW-60C
φ=1.2mm CHW-S9+ CHF-101
φ=4.0mm
根据Q420DZ-15钢材的焊接工艺试验，制定了本工程的现场焊接工艺评定方案，根据焊接工艺评定确定了现场焊接预热温度是120ºC，层间温度是120ºC至200 ºC，后热温度200ºC至250ºC，焊接工艺参数如下所示：
实施二：明确焊接工序流程
根据焊接工艺评定，制定了焊接专项方案，明确了桁架焊口的焊接顺序和焊接工序。焊接工序流程如下所示：
焊接工序流程
实施三：对焊工进行教育培训
要求进场的焊工必须要有省级以上行政主管部门颁发的焊工合格证才能参与天堂工程的焊接，对与拟进场的焊工进行附加考试，考试采用60mm厚试板，焊接过程中有焊接工程师对焊工进行焊接操作手法和基本工进行打分。焊接后24小时进行外观检查，48小时厚进行超声波探伤，探伤合格后送试验室进行力学性能试验。所有检查合格方可上岗施焊。
根据前期的Q420D焊接性能试验和焊接工艺评定结果制定了隋唐洛阳城天堂遗址保护工程Q420厚板焊接工艺指导书，于2011年9月1日至9月3日由焊接专家对所有拟参与本工程焊接的焊工进行了厚板焊接知识培训，由焊接技师潘民祥对焊接工人进行了焊接技术的示范与指导。培训结束后，对焊工进行了现场考核。
实施四：搭设防风罩棚，改善焊接环境
采用三防布对焊口进行维护，创造无风焊接环境，保证焊接质量。
实施五：采用红外电加热技术
结合国内类似工程的焊接经验，本工程采用紅外电加热技术，对30mm以上的焊缝和重要焊接节点全部采用电加热，由此保证了焊缝的预热（后热）温度的均匀和准确性，对防止焊接裂纹的产生和控制应力应变起到了积极的作用。
实施六：采用食品级高纯度CO2保护气体
更换CO2气体供应商，采用食品级CO2气体，纯度可达到99.99%。
十、效果检查
天堂塔转换层桁架的焊接历时两个月，高峰期最多投入焊工50人，累计完成焊缝1984.8m条，使用焊丝28吨，焊接工程之浩大，在洛阳地区可谓首屈一指。经过外观检查和超声波无损探伤检测，一次合格焊缝共1947.2m，须返修焊缝仅24.86m，因此本次一次合格率为98.1%＞96%，说明我们小组活动取得了圆满的成功。
厚板焊接一次合格率证明QC活动前后合格率柱状图
1、经济效益方面，通过提高焊接一次合格率，累计减少返修焊缝为247条，节省人工500个；节约用电2.3万kw.h，按一米焊缝返修长度为300mm计算，长度减少74.1m，节约焊材1.8吨，直接节约工程成本15万元；
2、社会效益方面，我们首次进行高强度钢的厚板焊接就取得了可喜的成绩，使我公司得到了业界的广泛赞誉，也得到了业主单位——洛阳市文物管理局的高度认可，为我公司继续承建大型文物遗址保护工程打下了坚实的基础；
3、无形效益，通过运用QC知识，我们顺利完成了如此大规模的焊接任务，极大的提升了我们攻克难关的自信心，为我们以后继续开展工程项目，解决工程难题积累了宝贵的实践经验。
十一、成果巩固
通过本次QC小组活动，我们成功克服了高强度钢厚板焊接难题，避免了焊接缺陷返修带来的工期延误以及成本增加的问题，为公司取得了显著的经济效益。同时，我们积累了宝贵的施工经验，总结了一套高强度钢厚钢板焊接的施工工艺，计划制作成作业指导书，在今后类似工程中推广使用，提供技术支持。
十二、总结和下一步打算
隋唐洛阳城天堂遗址保护展示工程转换层桁架的顺利卸载，标志着桁架层高强度钢厚板焊接取得了圆满成功，同时本次QC小组活动也取得了满意的成果，小组成员共同努力、分工协作，不仅提高了大家团队精神和活动积极性，也巩固了小组成员的质量意识、创新意识，同时更丰富了大家的QC知识，为以后继续开展QC小组活动打下了坚实的基础。在今后工程施工中，我们一定会不断进取，把QC知识运用到工程活动中，不断提高工程质量，节约工程成本，为施工项目的开展贡献自己的一份力量。
参考文献
[1] 张申增,孟凡炯.Q460D厚钢板的焊接性研究[J]. 中州煤炭. 2009(08) :47—37
[2] 杨轶.重型钢结构安装中的厚钢板焊接技术[J]. 广州建筑. 2007(01) :68—77
[3] 李艳梅,朱伏先,崔凤平,房轲.中厚钢板分层缺陷的形成机制分析[J]. 东北大学学报(自然科学版). 2007(07) :144—147
[4] 代国文.Q345型中厚钢板拼接中优化焊缝的工艺措施[J]. 电焊机. 2007(06) :36—42
【关键词】厚钢板焊接工艺合格率
中图分类号：P755文献标识码： A
一、工程概况
洛阳市隋唐城天堂遗址保护展示工程位于洛阳市中州路与定鼎路交叉口东北角原唐故城定鼎门遗址上，建筑主体设计为地上十层，建筑物总高度约90米，主体结构采用钢框架结构。地上框架通过转换桁架层与基础结构相连。
桁架层有12榀箱型管桁架和4道大型圆弧梁组成整个结构受力体系，为提高转换桁架层的整体刚度，设计采用了高强度钢材Q420D，板厚30mm、40mm和60mm不等。Q420D钢材较一般钢材可焊性差，焊接工艺复杂。设计要求现场焊缝质量等级达到一级。
按照设计图纸，本工程钢结构总重约为5000吨，桁架层重约2600吨，本工程焊接具有技术要求高、复杂、工作量大的特点，是一项典型的系统工程，焊接工程质量是整个工程质量控制的一重要环节。
三、选择课题
四、现状调查
据调查所知，由于厚钢板焊接的难度，复杂程度和受环境因素的影响，一般涉及到厚板焊接的钢结构工程现场焊缝一次合格率大多低于90%，有些工程更低。厚板焊接最常见的问题：根部未焊透、填充层未融合、夹渣、气孔、表面咬边、裂纹、余高过大、成型不好、焊瘤、电弧擦伤等。为此我们在2011年7月份对现场陆续进场的焊工进行了焊工考试，参加考试的焊工需完成平焊，横焊和立焊三组试件，参加考试焊工66名，完成试件198块共79.2m焊缝，其中69.8m合格，合格率88.1%。
五、设定目标
1.设定目标：把本工程Q420D厚板焊接一次合格率提高至96%以上。
2.目标分析：通过对厚板焊接的现场调查表明，100%-88.1%=11.9%，其中焊缝夹渣和未融合所占频率为79%，小组分析认为，只要治理夹渣和未融合90%，可将不合格率降为11.9%-11.9%79%90%=3.44 ，则焊缝的一次合格率1-3.44%=96.56%96%。
六、分析原因
小组成员通过现场调查走访，查阅类似工程文献和专家咨询，采用头脑风暴法，从人员、材料、机械、方法和环境五大因素分析造成厚板焊接夹渣和未融合的原因，整理绘制因果图如下所示：
焊缝夹渣因果图
焊接未熔合因果图
九、对策实施
实施一：进行焊接工艺试验完善焊接工艺
公司聘请了中船重工材料研究所的焊接专家作为本工程的焊接顾问，并在中船重工材料研究所的指导下完成了Q420钢材的焊接工艺性能等一系列试验研究，为本工程的焊接活动提供了有力的技术支持与保证。
在焊接材料的选择上，以满足焊缝金属强韧性要求为指标，通过调整焊缝金属的微合金化程度，同焊接规范相配合，使焊缝金属产生的针素体而获得理想的焊缝强韧性，从而获得焊接工艺试验的成功，确保工程实体质量。通过初步筛选，本工程初选双瑞牌焊丝和大西洋焊丝作为本工程的焊接材料，对焊丝进行了比较分析，试验项目如表所示:
序号 子试验名称 试验项目 试件数量 结论
1 Q420DZ15钢材复试 化学成分分析力学性能复试 6 合格
2 双瑞ER55-D2-Ti焊材复试 化学成份分析 2 合格
3 大西洋CHW60C焊材复试 化学成份分析 2 合格
4 大西洋CHW-S9+ CHF-101 熔敷金属力学性能试验 3 2组合格
5 大西洋CHW-60C+100%CO2 熔敷金属力学性能试验 3 2组合格
6 双瑞H10Mn2+ SJ-101 熔敷金属力学
性能试验 3 合格
7 双瑞ER55-D2-Ti+100%CO2 熔敷金属力学
性能试验 3 合格
8 Q420DZ15热切割试验 对母材的热影响试验 20 淬硬层硬度较高，切割前高于120ºC进行预热或采取切割后刨（铣）边措施
根据试验，本工程所选用的舞阳钢厂Q420DZ15钢材满足国家规范要求和设计要求。试验报告见下图所示：
钢材合格证及复试报告 钢材化学成分分析及力学性能检测结果
经过试验大西洋焊丝比双瑞焊丝性能优良，更适宜于本工程的高强度钢材焊接，满足设计要求。故本工程确定的焊材如下所示：
钢材 GMAW FCAW-G
Q420DZ-15 CHW-60C
φ=1.2mm CHW-S9+ CHF-101
φ=4.0mm
根据Q420DZ-15钢材的焊接工艺试验，制定了本工程的现场焊接工艺评定方案，根据焊接工艺评定确定了现场焊接预热温度是120ºC，层间温度是120ºC至200 ºC，后热温度200ºC至250ºC，焊接工艺参数如下所示：
实施二：明确焊接工序流程
根据焊接工艺评定，制定了焊接专项方案，明确了桁架焊口的焊接顺序和焊接工序。焊接工序流程如下所示：
焊接工序流程
实施三：对焊工进行教育培训
要求进场的焊工必须要有省级以上行政主管部门颁发的焊工合格证才能参与天堂工程的焊接，对与拟进场的焊工进行附加考试，考试采用60mm厚试板，焊接过程中有焊接工程师对焊工进行焊接操作手法和基本工进行打分。焊接后24小时进行外观检查，48小时厚进行超声波探伤，探伤合格后送试验室进行力学性能试验。所有检查合格方可上岗施焊。
根据前期的Q420D焊接性能试验和焊接工艺评定结果制定了隋唐洛阳城天堂遗址保护工程Q420厚板焊接工艺指导书，于2011年9月1日至9月3日由焊接专家对所有拟参与本工程焊接的焊工进行了厚板焊接知识培训，由焊接技师潘民祥对焊接工人进行了焊接技术的示范与指导。培训结束后，对焊工进行了现场考核。
实施四：搭设防风罩棚，改善焊接环境
采用三防布对焊口进行维护，创造无风焊接环境，保证焊接质量。
实施五：采用红外电加热技术
结合国内类似工程的焊接经验，本工程采用紅外电加热技术，对30mm以上的焊缝和重要焊接节点全部采用电加热，由此保证了焊缝的预热（后热）温度的均匀和准确性，对防止焊接裂纹的产生和控制应力应变起到了积极的作用。
实施六：采用食品级高纯度CO2保护气体
更换CO2气体供应商，采用食品级CO2气体，纯度可达到99.99%。
十、效果检查
天堂塔转换层桁架的焊接历时两个月，高峰期最多投入焊工50人，累计完成焊缝1984.8m条，使用焊丝28吨，焊接工程之浩大，在洛阳地区可谓首屈一指。经过外观检查和超声波无损探伤检测，一次合格焊缝共1947.2m，须返修焊缝仅24.86m，因此本次一次合格率为98.1%＞96%，说明我们小组活动取得了圆满的成功。
厚板焊接一次合格率证明QC活动前后合格率柱状图
1、经济效益方面，通过提高焊接一次合格率，累计减少返修焊缝为247条，节省人工500个；节约用电2.3万kw.h，按一米焊缝返修长度为300mm计算，长度减少74.1m，节约焊材1.8吨，直接节约工程成本15万元；
2、社会效益方面，我们首次进行高强度钢的厚板焊接就取得了可喜的成绩，使我公司得到了业界的广泛赞誉，也得到了业主单位——洛阳市文物管理局的高度认可，为我公司继续承建大型文物遗址保护工程打下了坚实的基础；
3、无形效益，通过运用QC知识，我们顺利完成了如此大规模的焊接任务，极大的提升了我们攻克难关的自信心，为我们以后继续开展工程项目，解决工程难题积累了宝贵的实践经验。
十一、成果巩固
通过本次QC小组活动，我们成功克服了高强度钢厚板焊接难题，避免了焊接缺陷返修带来的工期延误以及成本增加的问题，为公司取得了显著的经济效益。同时，我们积累了宝贵的施工经验，总结了一套高强度钢厚钢板焊接的施工工艺，计划制作成作业指导书，在今后类似工程中推广使用，提供技术支持。
十二、总结和下一步打算
隋唐洛阳城天堂遗址保护展示工程转换层桁架的顺利卸载，标志着桁架层高强度钢厚板焊接取得了圆满成功，同时本次QC小组活动也取得了满意的成果，小组成员共同努力、分工协作，不仅提高了大家团队精神和活动积极性，也巩固了小组成员的质量意识、创新意识，同时更丰富了大家的QC知识，为以后继续开展QC小组活动打下了坚实的基础。在今后工程施工中，我们一定会不断进取，把QC知识运用到工程活动中，不断提高工程质量，节约工程成本，为施工项目的开展贡献自己的一份力量。
参考文献
[1] 张申增,孟凡炯.Q460D厚钢板的焊接性研究[J]. 中州煤炭. 2009(08) :47—37
[2] 杨轶.重型钢结构安装中的厚钢板焊接技术[J]. 广州建筑. 2007(01) :68—77
[3] 李艳梅,朱伏先,崔凤平,房轲.中厚钢板分层缺陷的形成机制分析[J]. 东北大学学报(自然科学版). 2007(07) :144—147
[4] 代国文.Q345型中厚钢板拼接中优化焊缝的工艺措施[J]. 电焊机. 2007(06) :36—42