铝电解槽焊接的技术攻关

对以往工程施工中的焊接质量通病进行分析。通过PDCA循环。摇篮架“米”字焊缝处为重要受力焊缝。质量通病,铝电解槽焊接技术攻关。

关键词:质量通病,PDCA循环,“米”字焊缝,技术攻关

一、工程简介

四川广元广兴续建工程是由贵阳铝镁设计研究院设计,其200KA预焙阳极铝电解槽属国内中型号的预焙电解槽,是在综合贵阳院186KA槽及国内新开发的大型预焙槽成功经验的基础上设计的。钢槽壳采用小船型结构。200KA预焙阳极铝电解槽由摇篮式钢槽壳、行架立柱、阳极提升机构、密封罩、小盒夹具等部件组成,其中摇篮式钢槽壳是本课题研究的主要对象。

钢结构焊接材料选用依据施工图,检验执行国标GB5117-85,

钢结构焊接接头依据施工图规定和国标GB985-80、GB986-80

焊缝检验执行国标GB3323-82、Q/ZB74-78。

二、选题理由

1、 铝电解槽为全焊钢结构件,焊接应力大,其制作大部分采用CO2气体保护焊,由于我们对CO2气体保护焊的使用方法不熟练,操作不当,工人的技术水平低,焊缝外观成型差,气孔、咬边、裂纹、焊瘤等缺陷普遍存在,为实现广兴续建工程电解槽制安创优质工程目标,必须确保焊接质量。

2、 根据广兴续建工程实际情况,48台槽只有4个月的制安时间,为保质量工期,必须对关键工序、薄弱环节进行重点攻关,加强管理,完善现场施工质量保证体系。

三、目标

1、修正工艺,攻克技术难关,把焊接规范严格控制在工艺范围内,确保焊接质量,创优质工程。

2、制安质量达优质,保证实现双百率,即:合格率100%,优质率100%。

四、现状分析

1、在施工准备阶段,对以往工程施工中的焊接质量通病进行分析,主要是焊接电流过大,造成焊接区过热,结晶粗大,产生脆化,造成质量隐患,且焊缝外观成型差,咬边、气孔、加渣、裂纹、焊瘤等现象普遍存在,对以上问题,制定了施工工序质量保证系统图(和提高焊接质量系统图。深入工程施工,跟踪检查,组对合格率100%,焊缝外观检查合格率100%。

2、针对质量通病,又进行了因果图分析,通过对因果图的分析,讨论认为影响焊缝外观质量的主要因素是:

A:焊接电流过大

B:操作者技术水平低,责任心不强

C:工艺参数不当

D:气体保护效果不好

通过分析,针对主要影响因素,制定对策表(表1),如下:

序号 问 题 对 策

1 焊接电流大 根据工人技术水平,通过试验,优选最佳电流

2 操作者技技术水平低责任心不强 开展技能培训和技术交流,加强思想政治工作,提高工人质量意识

3 工艺参数不当 通过焊接试验和工艺评定,优选最佳工艺参数

4 气体保护效果不好 采取防风措施,焊前清理干净,气流15-20升

表 1

3、对策实施

(1)将CO2气保焊平角焊的焊接电流分别取150~180A,200~240A,260~280A,300~350A,350~400A五个范围,由8人依次操作,对焊缝外观进行检查比较,200~240A电流效果最佳。

(2)根据工艺试验并参照有关规范标准编制《焊接作业指导书》。

4、实施效果

对电解槽端侧板焊缝外观进行检查(均为平角焊缝),共检查150点,一次合格率82%,对焊缝缺陷进行调查统计,见表2,

序号 名 称 数 量 百 分 比 % 累计百分比 %

1 焊瘤 11 40.7 40.7

2 咬边 8 29.6 70.3

3 气孔 5 18.5 88.8

4 裂纹 1 3.7 92.5

5 焊肉不够 2 7.4 100

N

27 100

表2

通过PDCA循环,焊接质量有了明显的提高,一次检查合格率达到了82%,在焊接中还存在焊瘤、咬边等缺陷,未达到预定目标。

五、第二次循环

通过对第一次循环中遗留下的问题进行调查研究,分析原因,根据缺陷调查表画出返工缺陷排列图,用方法展开系统图分析主要因素和次要因素,并制定对策,见(表3)

1、实施:

(1)召开焊接操作讨论会,分析对策,开展思想教育,加强工人思想觉悟,进行认真全面的技术交底,分析质量隐患造成的质量事故和严重后果,树立大家的质量金牌意识。

(2)加强技术操作交流,进行操作培训。

项 目 产 生 原 因 要因 对 策

焊 瘤 焊枪倾角不对 电流大 焊速慢 切割熔渣未清理干净 组对间隙大 1、专人讲课纠正不正确焊接角度,各种位置焊接角度和运弧手法 。毕业论文,质量通病。 2、严格控制切割余量和收缩余量,编制制作工艺指导书,提高组对质量。 3、焊前仔细清理坡口及边缘,设防风棚。 4、加强质量监督,提高工人质量意识,严格按工艺施工,禁止大电流焊接。

咬 边 电压大 焊丝摆动不到位 组对间隙大 施焊位置不到

气 孔 焊前清理不彻底 环境风大 焊枪倾角不对 送气管泄露

裂 纹 组对间隙大 强行组对 弧坑未填满

注: 主要因素次要因素

表3

(3)编制《电解槽制作作业指导书》,严格控制组对间隙。

(4)加强质量跟踪检查,专人负责。

(5)重要焊缝由专人焊接,并打焊工钢印。

(6)在焊接现场悬挂焊缝外观检查对照图。

(7)奖优罚劣,完善现场施工质量保证体系。

2、效果:

(1)通过以上对策的具体实施和加强管理,对返工焊缝进行全检,均达到设计要求和施工规范标准;另对样槽制作组对进行检查。见表4。

表4 组对 检 查 调 查 表

序 号 名 称 检 查 点 合格点 合格率%

1 坡 口 40 40 100

2 钝 边 40 40 100

3 间 隙 40 40 100

4 错 边 40 40 100

N 合 计 160 160 100

通过表4看到组对一次合格率100%,达到优质。

(2)通过对制作的20台电解槽零部件的焊接质量进行全面跟踪检查,共检测数据1240个,超差数据89,一次检查合格率达92.82%。

(3)通过两次PDCA循环,达到预定目标,整体制作能力达到一个新水平,工人素质有了明显的提高,并试做成功电解槽组对一次成型工艺和一套槽壳组焊工艺,为广 兴续建工程创优质提供保证。

六、第三次循环

1、通过两次PDCA循环,焊接质量有了明显提高,但为保证工程制安施工优良,总结了前段时间的工作,对第二次循环中不合格点缺陷类型进行统计,如下表5。

序号 名 称 数 量 百 分 比 % 累计百分比 %

1 咬边 41 46.07 46.07

2 焊瘤 28 31.46 77.53

3 焊缝尺寸不够 17 19.10 96.63

4 表面裂纹 3 3.37 100

N

89 100

表5

2、通过对上表进行分析讨论,造成以上缺陷的主要原因是职工的质量意识不高,一味追求速度,个别人采用大电流快速焊,而技术又不熟练,造成咬边、焊瘤、焊缝尺寸小,裂纹主要是收弧时弧坑未填满,冷却时产生弧坑裂纹。

3、针对以上原因,制定对策如下:

(1)开展思想教育提高工人思想意识;

(2)严格控制大电流焊接,一经查出,采取严厉的经济处罚;

(3)自制角焊缝尺寸检验样板,焊工每人一把,每日的工作量完成后,先进行自检,然后通知质检员,验收合格后方可下班。

4、效果

(1)通过对策实施和加强质量控制,质量意识深入人心,经公司质检和检验评定,合格率达到了100%;

(2)工人的积极性调动起来,工作效率明显提高,由原来的6人焊(两个端侧板/工作日)减少到5人。

七、关键部位和技术攻关

1、摇篮架重要焊缝攻关

根据以往施工经验和回访调查,摇篮架“米”字焊缝处为重要受力焊缝,摇篮架开裂主要发生在这个部位.通过对摇篮架焊缝开裂进行了因果图分析。

2、对策实施

该工程电解槽钢槽壳采用小船型结构,在摇篮架角部增加了两块三角丁字板,结构刚性比老式直槽好,通过对因果图分析,工艺和管理是引起开裂的主要因素,为保证摇篮架的焊接质量,避免质量事故的发生,采取了以下措施:

(1)重新编制摇篮架焊接工艺;

(2)摇篮架重要焊缝处由专人焊接,并打焊工钢印;

(3)加大检查力度,自检与专检相结合;

(4)施工前进行全面细致的技术交底;

3、技术攻关

摇篮架的焊接,在以往施工中全部采用CO2气体保护焊,熔深浅,且易产生“虚焊”,大电流焊接造成的“致命”缺陷比较多,为此我们拟对摇篮架“米”字焊缝处采用手弧焊,焊接层间用气铲和磨光机清理干净,专人焊接。

(1)焊接工艺试验

用同一台焊机采用不同的电流值让试板在自由状态下,由多人分别施焊,试验结果如表6,

序号 电流(A) 电压(V) 外观检查 切片观察 压弯试验 备注

1 A 180 20 变形小,焊缝成型美观 完全熔合,无夹渣、气孔、裂纹 600压弯无撕裂 每块试板取3样本切片观察,3点横向压弯

B 250 27 变形较大,焊缝成型一般 完全熔合,有气孔、裂纹倾向 600压弯轻微撕裂

C 300 32 变形大,焊缝表面不光滑,咬边 熔合,局部气孔,熔合区微裂纹 600压弯严重撕裂

2 A 180 20 变形小,焊缝成型优良 完全熔合,无夹渣、气孔、裂纹 600压弯无撕裂 每块试板取3样本切片观察,3点横向压弯

B 250 27 变形较大,焊缝成型一般,焊瘤 完全熔合,有气孔、裂纹倾向 600压弯轻微撕裂

C 300 32 变形大,焊缝表面不光滑,咬边表面纵向裂纹 熔合,局部气孔,熔合区微裂纹 600压弯严重撕裂

表6

根据实验结果,并 参考电流经验公式I=Kd(《焊接工艺人员手册》P39,)及焊接电流对气孔的影响和焊接电流对焊缝金属化学成分的影响(《焊接数据资料手册》机械工业出版社),并经多人实际操作,优选最佳工艺参数,制定焊接工艺。

(2)焊接坡口设计

摇篮架“米”字焊缝结构如图—5所示,其中焊缝1、2、3、4、5为主受力焊缝,裂纹扩展如上图,件A和焊缝1接触的地方预留减应力孔,既可减小应力集中,又可防止裂纹由焊缝4或5扩展至焊缝1,绝对不允许焊上该孔。工字钢插口用氧—乙炔切割,特别注意不能伤及工字钢腹板。毕业论文,质量通病。毕业论文,质量通病。

由图—6(带坡口的角焊缝强度与坡口深度的关系图)(熔接工学,佐藤邦彦等着,理工学社,1979)可见,当P(坡口深度)>K(焊脚)且P>14mm时,角焊缝的强度明显提高,因此焊缝1采用单边450“V”坡口,背面气刨清根并开出坡口,既能保证焊透,又可提高焊缝强度,使摇篮架当三角筋板因开裂而失去加固作用时仍具有一定的刚性。毕业论文,质量通病。毕业论文,质量通病。

4、实施

按以上设计经反复试验,优选最佳工艺,制定摇篮架“米”字焊缝。毕业论文,质量通病。

八、总效果

广兴续建工程48台电解槽槽壳全部组焊完毕,质量优良率100%,焊接质量获得业主和监理单位的好评;同时该工程获得2003年度全国优秀焊接工程