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1、2013 年度 QC 成果材料2013 年度 QC成果材料研发 5000t 起重机拉杆耳板焊接精度掌握工装工艺2013 年度 QC 成果材料0.概况XX 公司是中国吊装施工双 10 强企业，拥有最大的 1350 吨履带吊车及其它各类起重设备近百台/套，先后制造过 200 吨、 250 吨、500 吨桅杆起重机，500 吨桅杆起重机设计、制造荣获自然气集团公司科技进步三等奖。目前，我公司正在研制国内单体吊装力量最大的 5000 吨门式起重机。一.工程状况5000t 门式起重机是目前国内单体吊装力量最大的超大型起重机械。起重机的支腿承受拉杆加立柱的构造形式，如图 1。支腿可以拆卸成立柱和拉杆两局部
2、，整个起重机支腿共有拉杆 792 件，全部按标准件设计，同规格的可以任意互换使用。拉杆承受耳板+拉板+销轴连接形式。图 1.支腿立柱拉杆构造示意图拉杆的构造形式为耳板+圆板+无缝钢管组焊成见图 2。耳板、圆板材质均为特种低合金高强钢 Q460E。耳板与圆板的构造形式和尺寸如图 3 所示。耳板与圆板之间为坡口全焊透焊缝，两耳板均为 36mm 中厚板,尺寸为 250x200mm，两耳板间距离精度为 640.5mm ， 既要保证焊透，又要掌握变形在 0.5mm，制造难度很大。2二、小组简介小组成员概况见表一小组名称中油一建石化设备厂“吊装重器-擎天柱”QC 小组小组类型注册时间2013.4注册编号创
3、型2013QC-10-14课题名称研发 5000t 起重机拉杆耳板焊接精度掌握工装工艺活动次数12小组成员概况表一姓名性别年龄文化程度组内职务备注于成科男本科工程师组长负责焊接工装及工艺方案筹划及指导李成功男本科工程师副组长负责方案筹划、过程监控、质量检查、QC 组织者董秋英女本科高 级 工 程组员负责组织及技术指导师蒋国辉男技校焊接技师组员方案过程实施孙国华男技校焊 接 技 能组员方案筹划、焊接技术指导专家董峰男本科工程师组员负责编制工装方案王俊超男本科工程师组员负责筹划方案及分析黄艺男本科助 理 工 程组员文件治理、图片及资料收集师唐辉男技校高级技师组员工装方案实施指导袁明明男本科助 理
4、工 程组员实施监控、质量检查师制表：李成功 日期：2013.4.10三.选择课题3.1 现场调查拉杆构造比较简洁，但公差要求很严，又要坡口全焊透。针对此耳板的制造，就组焊难度、施工阅历、方案建议等问题,在治理人员、技术人员、操作工人中开展了问卷调查。调查表见表 2。表 2. 现场调查表此次调查，共各种调查人员 88 人包含工程师、技师、技术人员、操作人员，各工程在调查人员消灭频次百分率表见柱状图 4.图 4.拉杆施工前现场调查柱状图从调查结果分析：大局部人认为常规的手段难以完成。同时对调查表中大家提出的施工方案进展了归类整理。42%的人认为：铆焊件达不到这个精度范围，需要焊后机加工。49%的人
5、认为：设计好工装胎具及工艺方法，可以到达要求，9%的人认为：用工装胎具关心焊后校形可以到达要求。施工方案分类百分比分布饼状图见图5。3.2 确定课题图 5. 施工方案分类百分比分布饼状图现场调查表结果显示，拉杆虽然构造形式简洁，但是在组对难度、焊接变形掌握、公差尺寸掌握等方面难度很大。综合分析拉杆耳板的整体构造形式及公差尺寸要求后，QC 小组成员认为，争论一种工装和工艺方法，保证拉杆耳板件公差要求，又能提高工作效率，降低制造本钱。QC 小组打算，此次活动选择的课题为：5000t 起重机拉杆耳板焊接精度掌握工装工艺争论四.设定目标4.1 设定目标依据拉杆耳板的构造形式及公差要求，设定此次活动的目
6、标：1. 设计出施工工装一套，保证焊接后变形偏差在 0.5mm 范围内；2. 设计出工艺方案一套，既保证公差要求，又保证坡口焊缝全焊透。3. 耳板焊后质量验收一次合格率 85%以上。目标环状图如图 6 所示：图 6 目标环状图4.2 小组活动打算设定完活动目标，为了保证目标按期实现，QC 小组又制定了具体的活动打算，活动打算见表 3。表 3 QC 小组活动打算表五.方案提出、优化选择5.1 设计工装针对拉杆耳板焊接既要保证坡口全焊透，又要保证焊后公差精度0.5mm 的要求，我们召集了厂内焊接技能专家、铆工专家、技术治理人员、施工一线各种人员，开展头脑风暴， 提出各种可行方案。图 6 工装设计头
7、脑风暴耳板和圆板之间是坡口焊接，坡口在外部，焊接后，整个耳板会往外张开如图 7，因此首先需要制作一种工装卡具，保证焊接时，耳板焊后变形掌握在 0.5mm。2013 年度 QC 成果材料图 7.理论耳板外形及可能变形的外形同时又要选择适宜的坡口形式，保证坡口焊缝全焊透。坡口小，变形小，但全焊透难度大；坡口大、简洁焊透，但变形大。难点在于兼顾变形0.5mm 又要全焊透。针对耳板防变形卡具的研制，归集整理为三个备选方案：1. 在耳板端部制作一个“E 形”固定卡，E 形固定卡凹槽宽度比耳板厚度大 1mm， 以便于安装。E 型固定卡凹槽深度是耳板高度的一半，以增加固定强度。图 9 “E”型卡扣固定卡具图
8、如图 9 所示：能顺当套入耳板。2.在固定框和耳板接触部位，两端分别设计两个紧固螺21. 制作一个方形固定框，内圈尺寸比耳板位置尺寸略大2-3mm，以便利固定框2013 年度 QC 成果材料母。以便调整耳板间隙。3.在两个耳板之间，增加一个圆钢柱，以固定掌握两个耳板之间间隙。方形固定框工装示意图如图 9、图 10 所示：1. 在方案一根底上，更改方案一中的E 型卡，制作一个类似于E 型卡的卡扣,一端类似于方案一中的 E 型卡，另一端制作一个螺纹加减丝,卡子一个端面和耳板连接，另一个端面和加减丝连接，利用加减丝调整耳板之间间隙及耳板位置。2. 同时，在两个耳板之间制作一个圆钢柱，以固定两个耳板之
9、间的间隙。方案三卡扣如图 11 所示。图 115.1.2 方案分析选择对三种防变形卡具方案的优缺点进展比照分析，比照表见表4。表 4.防变形卡具优缺点比照分析表三种方案在施工难度、固定效果等方面均有优缺点，但最终效果需要试验验证。5.2 设计工艺方案1设计全焊透坡口形式使用常规的中厚板坡口形式，30 度坡口，不留钝边，坡口图如图12 所示：针对焊接坡口问题，为了保证全焊透又最大限度的削减焊接变形，依据理论根底及实践阅历，归集整理成以下四个坡口方案：2图 12对耳板开 35 度坡口，不留钝边，坡口示意图如图 13 所示：图 13对耳板开 40坡口，不留钝边，坡口示意图如图 14 所示：图 14将
10、耳板开成 30 度的双坡口，不留钝边，双面焊接，以到达全焊透，并减图 15少变形的目的。5.3 方案效果验证5.3.1 防变形卡方案效果验证1. 分别制作出方案一 方案二、方案三的工装卡具。然后加工出耳板、圆板进展组焊试验。图 16图 17依据方案二制作的“框型”卡如图 17 所示：依据方案三制作的带加减丝的卡具如图 18 所示：图 182. 为了保证防变形工装都是在同一条件下使用，制作同样的耳板及原板进展试验。试验前、试验中、试验后收集变形值，比较三种工装的防变形效果如图 17。3. 焊接后检查三种防变形卡的防变形效果，防变形效果比照表见表 5。表 5. 方案效果比照表由上述比照表知：整体效
11、果方案二最好，根本到达图纸尺寸公差要求。因此选择方案二作为实施方案。但方案二也反响出一些问题。1. 耳板开单面坡口，耳板和圆板之间属于线接触，组对时耳板不简洁固定，导致耳板不稳， 进而影响组对质量。2. 组对时，需要提前划线组对，组对效率较慢。图 203. 耳板根部焊接处变形与端部变形不全都，卸掉工装后，耳板端部有稍微回弹变形。因此选择方案二进展实施，并对方案进展改进，解决上述问题。5.3.2 坡口方案效果验证图 21依据坡口方案中的四种坡口方案，分别加工出耳板，进展焊接试验。焊接试验时，双面坡状况下，由于两个耳板之间间隙只有64mm，耳板宽度较大，焊条无缝到达内侧坡口，无法实施焊接如图 22
12、 左图。图 2230单面坡口，由于坡口较小，焊条只能到达 3/4 厚度，判定根部将不能熔透如图 22 右图，因此放弃该两种坡口方案。然后对 35 度坡口和 40 度坡口的耳板，进展实际焊接试验，反变形卡具均承受防变形较好的框形卡进展。图 23焊接后，对两种坡口进展UT 检测以推断是否焊透，并检测变形测量。试验数据如表6 所示： 表 6.坡口试验数据表图 25. 不同坡口形式焊后变形量检查5.3.3 工艺方案优化5.3.3.1 缘由分析依据试验结果，对导致试验消灭的问题进展分析，缘由分析如表 7： 表 7.试验结果缘由分析表5.3.3.2 工艺方案改进依据分析出来的缘由，优化工艺方案，进一步进展
13、试验。优化后的工艺方案见表 8。表 8.改进后的试验方案5.3.3.3 工艺方案优化后效果检查依据优化后的方案进一步试验后，效果检查见表 9。表 9.改进后的试验结果5.3.4 最优工装、工艺方案选择依据试验结果得出的数据,最终选择： 方形框防变形卡具工装，但需要改进；选择 35 度单边坡口、无钝边、留3mm 间隙组对、焊条电弧焊焊、接选定预留4mm 反变形、掌握电流、层间温度、焊接层数的工艺方法。六.制定对策图 26.最终选择方案组合七.对策实施对策实施一：加大方形框内部尺寸，在调整螺栓和耳板之间，增加一块垫板。垫板承受角钢制成，利用角钢成 90的两边，即便利安装,又防止垫板松动向下掉。同时
14、将固定块点焊到耳板上，防止焊接过程中耳板松动朝一侧倾斜，如图 27。依据选定的方案，主要针对防变形工装的进一步优化制定对策，对策表见表 6。表 10.制定对策表图 27 改进后的框架工装2013 年度 QC 成果材料对策实施二：设计制作耳板圆板组对胎具依据耳板与圆板全部为标准件、耳板之间尺寸固定的特点，设计制作耳板圆板组对工装一套，解决方形框组对时，耳板不稳，组对难度较大、组对时间较长的问题，将组对标准化流程化，如图 28。图 28 设计的耳板组对工装胎具对策实施三：依据试验出来的结果，执行如下工艺方法： 表 11.对策实施表八.效果验证依据优化后的方案对拉杆耳板进展组焊，焊后对耳板尺寸进展测
15、量，并对焊缝进展 UT检测。经检测：UT 合格，焊接变形在 0.5mm 以内。如图 29.2图 29 效果验证检测依据优化后的方案，批量制作了拉杆。并对拉杆耳板进展实际装配试验，全部拉杆全部一次性装配成功，公差符合要求，实现了同规格工件任意互换的要求，如图 30。图 30 实际装配试验随后，又进展了拉杆整体装配试验，拉杆实现任意互换，一次组装合格。图 31.整体装配试验拉杆一次成功拉杆实际生产过程中，对其制造合格率进展检查，每 100 件工件中，一次组焊合格 90件，仅 5 件公差略有超差，合格率 95%。远远大于目标规定值。同时，由于使用了组对胎具，组对效率大大提高，经过测算 ,组对一耳板圆
16、板用时不到 5 分钟。完全实现了流水线作用。与 QC 小组制定的目标值比照见表 7，全部实现。表 7.目标值和实际值比照表九.标准化及社会效益利用 QC 小组研发的工装、工艺制造的拉杆，到达目标要求。且实现了流水化作业，大幅度提高了工作效率，将方案进展总结及标准化，制定了大吨位起重机械支腿钢构造拉杆组装、焊接标准工艺QC 小组的本次活动，大大提高了 5000t 起重机拉杆制造精度、缩短了制造工期， 为国内第一套单体吊装力量最大的 5000t 门式起重机的研制成功奠定坚实根底。2013 年度 QC 成果材料九.总结和下一步打算本次 QC 活动中，QC 小组成员用的思维方式，研发工装胎具、争论工艺方法，实现了小组目标。制作出了两套胎具、一套工艺方法，形成了标准化的流水线生产工艺，大大提高了生产效果,满足了质量要求。随后 QC 小组又制作了修正胎具一套，对消灭的 5%不合格品进展修正，保证了全部构件 100%合格。在本次 QC 活动中，小组成员在创力量、发散思维、质量意识、团队精神、QC 学问等方面都得到了较大提升。活动前后自我评价表见表 8、图 19。表 8.QC 小组自我评价表图 33.QC 小组活动前后自我评价雷达图下一步，我们将充分发挥 QC 小组“改进质量、提高效率、降低能耗、持续改进”的理念，不断提升产品品质。2