GQ70型轻油罐车罐体焊接质量缺陷分析及控制措施.pdf

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.049质量控制Q u a l i t y C o n t r o lGQ70 型轻油罐车罐体焊接质量缺陷分析及控制措施张万岭（济南机车车辆监造项目部 济南 250022）摘 要：本文对装运化工液体类介质的铁路 GQ70 型轻油罐车在运用过程中，罐体承受车辆牵引力及自身和货物重力的受力情况进行分析，结合铁路车辆新造企业在罐体生产中常见的焊接质量缺陷，提出了罐体制造中焊缝焊接质量的工艺控制及检验、试验的相关方法，通过实施有效的过程管控，罐体焊接质量符合技术要求，满足车辆运行安全的目的。关键词：罐体 焊接缺陷 控制措施Analysis and Control Measures of GQ70 Light Oil Tank Car Body Welding Quality Defect Zhang Wanling(Jinan Locomotive and Rolling Stock Supervision Project Department Jinan 250022)Abstract In this paper,the Railway GQ70 light oil tank car carrying liquid medium of chemical industry is introduced,tank bearing vehicle traction and its own and cargo gravity is analyzed.Combined with the common welding quality defects in the tank production of the new railway rolling stock enterprises,the process control,inspection and test methods of weld quality in tank manufacturing are put forward.By implementing effective process control,the welding quality of the tank can meet the technical requirements,meet the goal of vehicle operation safety.Keywords Tank Welding defects Control measures中图分类号：TB497 文献标志码：B文章编号：2095-2465(2023)08-0009-04 DOI:10.19919/j.issn.2095-2465.2023.08.003作者简介：张万岭（1970 )，男，本科，工程师，从事轨道车辆质量监造工作。通讯作者：张万岭，E-mail：。（收稿日期：2023-04-13）GQ70 型轻油罐车是一种装运汽油、煤油、柴油等化工液体类介质的 70 t 级轻油铁路罐车。该车与其他货运车辆的不同点为：1）装运的轻油类化工介质属于易燃易爆危险类物品；2）车体为无中梁（两端为牵引梁和枕梁组焊而成的牵枕装配装置）圆截面斜底的罐体结构。同其他以底架为承载方式的敞车、棚车等铁路货车相比，罐体不仅承受本身装载的70 t 级货物所产生的垂向重力，还承受和传递整列列车的横向牵引力。目前铁路轻油罐车新造生产中，由于有的企业受罐板卷制设备的限制，罐体由 6 个圆截面斜底的单个筒节和 2 个椭圆形封头组焊而成（具体形状见图 1）。所以在罐体制造中，对罐体对接环形焊缝，特别是对以罐体人孔座为中心的中间 3 条筒节贯通环形焊缝的焊接质量，提出了更高的质量保证要求。图 1 GQ70 型轻油罐车罐体形状2023.04 设备监理10 质量控制Q u a l i t y C o n t r o l1 罐体制造工艺1.1 工艺流程简介（见图 2）图 2 工艺流程图?1.2 工艺步骤及主要技术要求根据图纸规定，罐板采用的是符合 GB/T 15912018低合金高强度结构钢、材质为 Q345A、厚度为 10 mm 的低合金高强度结构钢。罐体制造与工艺流程图相对应的工艺顺序是：1）用卷板机进行单个筒节的卷制及内外纵向焊缝的埋弧焊焊接。2）进行 6个筒节（含 2 端封头）的组装，组成罐体。组装时每个筒节的底部中心线和顶部中心线要按照要求分别对齐。3）罐体各个筒节之间、封头与筒节之间用焊接小车进行内部对接焊缝的环形埋弧焊。4）用碳弧气刨进行外部环形焊缝处的根部开坡口及打磨清理，去除氧化铁等熔渣。5）用焊接专机进行罐体各个筒节之间、封头与筒节之间外部对接焊缝的环形埋弧焊。6）对罐体环形焊缝进行射线无损探伤检测。7）进行人孔座和聚油窝、安全阀座与罐体的组装焊接。8）对人孔座、聚液窝、安全阀座与罐体的角接圈焊缝进行磁粉探伤检测。9）罐体水压试验，各焊缝包括母材应无渗漏和永久性变形。10）整理罐体质量记录卡，提交监造 核查。2 罐体焊接常见缺陷及原因分析2.1 焊接参数（见表 1）焊缝名称焊丝牌号 直径/mm 焊接电压/V 焊接电流/A 焊接速度/(m/h)罐体对接内环焊缝H10Mn2434 40450 55030 39罐体对接外环焊缝H10Mn2434 40450 55030 39聚油窝、人孔座、安全阀座与罐体圈焊缝ER50-61.222 32220 30016.2 23.4表 1 焊接参数注：埋弧焊用焊剂采用的牌号为 SJ1012.2 焊缝常见焊接缺陷及原因分析 2.2.1 附件与罐体角焊缝常见缺陷、成因及危害分析人孔座、聚油窝、安全阀座这 3 个配件是在罐体上开孔后，将配件与罐体组焊，相关的角接焊缝是用富氩混合气体手工焊接而成，焊角要求为 8 mm。常见质量缺陷及成因、危害如下：1）内部夹渣，原因：在罐体上进行气割或等离子切割开孔后，未用磨光机把切割部位的氧化铁、熔渣等清理干净。2）熔合不良，主要原因：（1）在罐体开孔时孔尺寸开得过大，使人孔座和安全阀座与罐体的组装间隙超过 2 mm 的规定，间隙过大；（2）焊工操作时焊接角度掌握不准确；（3）熔焊时焊接电流超上限（300 A）。3）危害：（1）焊缝表面出现弧坑裂纹，进行磁粉探伤时造成返工；（2）在后续的罐体水压试验直至车辆上线运行一段时间后，出现装载油类局部渗漏，给车辆运行安全带来潜在隐患。2.2.2 筒节对接环焊缝常见缺陷、成因及危害分析在日常焊接作业过程中，常见的罐体内外环埋弧焊焊接质量缺陷是气孔、夹杂、焊缝跑偏。其成因及危害如下：1）气孔：主要受筒体组装间隙、焊缝周围清洁度和焊剂等因素影响。2）夹杂：由于外环焊前进行碳弧气刨清根时，对环焊处的氧化物清理不彻底，焊接时氧化物埋在焊缝中造成。3）跑偏：由于罐体是上平下凸的圆锥体截面斜底结构，罐体进行内外环焊时，在滚轮架上转动，会发生横向移动，操作者操作焊机时注意力不集中造成焊机跟踪焊接部位不及时，发生焊缝跑偏。4）危害：气孔和夹杂不仅降低环型焊缝熔覆金属的强度和韧性，在个别情况下还会引发焊缝裂纹的严重缺陷。由于内外环焊缝要求较宽，为 16 23 mm,当焊接后焊缝中心与筒节对缝中心发生偏差时，轻微跑偏后续外观无法肉眼判断；若跑偏偏差超过 2 mm的规定，会削弱焊缝的有效工件断面，给车辆运行安全带来潜在危害。PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2023.0411质量控制Q u a l i t y C o n t r o l3 焊接质量控制及检验、试验罐体焊缝的焊接，既是一个车辆运用安全风险管理的“关键工序”，又是一个质量控制的“特殊过程”，总体需要从焊接要素和工序实物质量 2 个方面进行控制。3.1 焊接要素控制 3.1.1 焊工资格及实际操作能力的确认首先，焊工应具备操作资质，即根据特种作业人员安全技术培训考核管理规定（国家安全生产监督管理总局令第 30 号），取得国家安全生产监督管理部门颁发的特种作业操作证1。其次，人力资源管理部门要通过现场试焊等方式，确认焊工的应知应会和实际焊接操作技能达到焊接质量要求。3.1.2 焊接设备使用状态的维护焊接设备除按照管理制度进行了维护保养外，设备管理部门应经常在生产现场对焊机、焊接小车的设备性能、电流电压的稳定性等进行检查，发现异常及时组织维修人员进行状态维护。3.1.3 罐板及焊接材料入厂复验在罐体开工前，质检部门要对采购的罐板、焊丝等材料进行入厂复验。1）要核对采购产品的质量证明书是否规范，引用标准及试验数据是否准确，质保书中所列的材料生产炉批号是否与采购产品包装及标注的炉批号相符合；2）对罐板和焊丝进行化学成分和力学性能入厂复验，合格后方可下发投用。3.1.4 焊接环境控制罐体在夏季生产时，应注意生产厂房是否有漏雨等问题，漏雨不仅对焊接设备的性能产生影响，同时罐体外环焊部位出现锈迹，给焊接及后续的油漆喷涂带来不良影响。在冬季生产时，要及时进行焊接环境温度的监测，确认符合 TB/T 15801995新造机车车辆焊接技术条件规定的 0 以上，当焊接环境温度低于规定时，企业应采取增温措施，确保环境温度符合要求2。3.2 焊缝实物质量控制企业的工艺技术管理人员，特别是现场质检人员，要以工序巡视的过程检查方式，重点对以下工艺项点落实的有效性进行监督。3.2.1 气孔的预防及返工处置1）组装间隙。组装罐体各筒节组装时，相邻两筒节之间的对接间隙应为 1 3 mm。当局部间隙大于 3 mm 时需要督促进行返工处理。人孔座、聚油窝、安全阀座与罐体角焊缝焊接前，与罐体组装间隙应符合 2 mm 的要求。2）焊前清理。按照 TB/T 15801995 的要求，在焊前清除焊缝周围 20 mm 范围内的油污、污物。焊缝表面及邻近区域如果有油、锈和水分，都会在焊接时使熔池中含氢量显著增高而产生气孔。焊前清理应重点关注以下 2 个方面：（1）在进行罐体组装时，筒节定位焊处的焊接飞溅及定位焊缝焊接不良未及时清理；（2）人孔座与罐体焊接部位预涂底漆喷涂过厚，超过 20 m 的标准规定，给后续焊接带来不良 影响。3）埋弧焊焊剂采购及使用管理。在进行罐体内外环缝埋弧焊接时，焊剂是影响焊接质量的一个比较重要并且容易被忽略的因素。以往罐体生产时，曾经出现过因为焊剂采购供应不及时，而临时更换焊剂供应厂家，造成内、外环焊缝焊接后，焊缝中部出现密集针孔状小气孔的问题。所以企业应对供货业绩良好的焊剂厂家进行固定采购，不要轻易更换。同时加强对焊剂的使用状况的检查，监督操作者严格按照工艺规定，使用前在烘干箱内经 300 350 烘干 2 h 以上，对回收再用的焊剂要避免被水、尘土等污染，细粉末和灰分用细筛筛除，减少焊剂在环焊缝出现气孔方面的使用风险。4）气孔返工。对焊缝产生的气孔，特别是内外环焊产生的气孔，操作者必须用砂轮或者碳弧气刨消除后再用气体保护焊进行补焊，焊后磨修平整。生产过程中曾经出现个别操作者为图省事，出现气孔后未按照工艺规定消除气孔，而直接用富氩气体保护焊补焊的问题。质检部门要加强现场巡检力度，对发现的此类违反工艺问题当场纠正，并组织现场质量分析会，向员工讲解这种行为危害，晓以利害，避免重复 发生。3.2.2 焊缝夹杂的预防及返工处置焊接前，如果焊接区域特别是外环焊缝清根质量不良，焊接时直接埋入焊缝中，产生夹杂缺陷。为此，质检部门要将外环清根作为专检工序，操作者清理完成，通知质检员检查合格后方准许进行外环焊接。为减少清理工作量，有的企业在生产中集思广益，自己制作了专用的清理工具，对外环部位焊渣进行磨削清理，效率较高，效果良好（见图 3）。2023.04 设备监理12 质量控制Q u a l i t y C o n t r o l图 3 焊缝清根清理小车 3.2.3 筒节对接环焊缝跑偏为防止内外环焊缝跑偏，企业不仅要对用于内环焊的焊接小车和外环用焊接专机进行定期检查，确保焊机的焊缝跟踪装置状况良好。还应该在内外环焊缝焊接前，监督焊工按照工艺规定，以筒节组装拼缝为中心，在拼缝两侧刻打至少1圈6组以上的对称样冲眼，每组 2 个对称于焊缝两侧，环向均布，作为检查焊缝是否跑偏的依据（见图 4）。3.3 焊缝无损检测 3.3.1 探伤检测根据 铁路罐车罐体焊接接头无损检测技术条件（运装货车函2017107 号）,罐体的每条对接接头均应按照 NB/T 47013.22015承压设备无损检测 第 2 部分：射线检测进行射线检测，检测技术等级不低于 AB 级，合格级别不低于 III 级3。人孔颈、聚液窝、阀座等与罐体角接接头焊缝应进行 100%磁粉检测，应符合 NB/T 47013.42015承压设备无损检测 第 4 部分：磁粉检测的 I 级要求4。3.3.2 探伤监督罐体生产前，质检人员应该对射线和磁粉探伤按照“人、机、料、法、环、测”六要素进行符合性审核。图 4 环型焊缝样冲眼刻打示例在日常生产中，除对罐体焊缝部位探伤记录进行例行检查外，还要对磁粉和探伤每日开工前的设备校验、磁粉的入厂复检进行重点核查。3.4 罐体水压试验根据 TB/T 18032007铁道罐车水压试验，罐体组焊完成后逐个进行水压试验，质检人员要重点核查以下要素：试验环境温度不低于 0；试验压力为（0.40.01）MPa；受试压的罐体外表面保持干燥 状态；试验装置及受压罐体状态良好；如有渗漏，应泄压放水，消除缺陷，补焊并重新试压5。试压结束后，操作者填写罐体水压试验记录卡片，质检员进行签章确认。4 罐体移交罐体完工后，企业质检代表向铁路局监造人员进行移交核查。监造人员一是要重点核查质量记录的完整性，包括磁粉和射线记录、水压试验报告等。二是要对罐体整个质量状态进行全面核查，包括罐体内部罐板表面质量和各部位焊缝的焊接质量。（下转第 24 页）2023.04 设备监理24 质量控制Q u a l i t y C o n t r o l3.3 从品管大师共识的视角分析最后通过对戴明、克劳士比、狩野纪昭、朱兰等几位品管大师的理论进行总结，在所有大师各自的哲学中，尽管存在差异，但他们的概念都有共通之处。与本案例研究相结合能够体现出来的 5 点包括：1）变革过程必须是企业文化转型。2）质量要整合到所有功能中，而不可以视为只是某些单独的功能。3）是人，不是机器，来驱动质量工作。4）质量要求组织中每个人都参与。5）全公司的教育和培训对于长期改善至关重要。从数据可视化产品研发流程再造过程中，可以窥见，人是贯穿整个流程的主角。每个人都参与其中，质量的好坏是一环紧扣一环，一环出错，则可能满盘皆输。变革的过程就是要突破假设，给价值观进行转型。即使由于整个企业庞大，而无法全部扭转，至少在某几个部门内或某项流程内，完成每个人的突破，从而逐渐形成全面的企业文化和价值观。4 结束语本文通过对物联设备数据可视化产品研发流程的质量改善研究，深入理解了全面质量管理的手法，同时也使得企业中的数个部门实现了动态解耦，完成了思维突破，在部分范围内实现了对基本假设的突破。本着预防成本最低、所有根因都可预防的预防战略，后续仍需要持续改善，并让最高管理层看到这种假设突破和持续改善所带来的效益，促进高层管理者做出一心一意的承诺，进一步能够完成积极反馈，驱动企业向着越来越好的方向发展，最终实现更加卓越的 目标。参考文献1 Schlesinger L A,Heskett J L.Breaking the cycle of failure in servicesJ.MIT Sloan Management Review,1991,31(04):17-28.2 Macdonald J,Piggott J.Global quality:the new management cultureM.California:Pfeiffer,1993:181.3 Schein.Organizational culture and leadershipM.State of New Jersey:Wiley,2017:5.4 日 大野耐一.丰田生产方式 M.谢克俭,李颖秋译.北京:中国铁道出版社,2006:98.（上接第 12 页）5 结束语GQ70 型轻油罐车罐体焊接质量，是罐体各工位工艺纪律落实有效性的综合体现。从单个筒节的下料、校圆、筒体组装间隙及错台量的控制，到罐体外环焊接前的清根质量等，只有每个工位的操作都将工艺技术要求落实到位，才能保证最终罐体焊接质量良好。在企业进行 GQ70 型轻油罐车罐体生产过程中，相关技术管理和质量检查部门一起，不断总结各批次罐体焊接质量管控经验，逐步完善焊接质量缺陷产生的预防措施，通过狠抓罐体过程制造质量，强化工位工艺措施落实，使罐体筒节内外环焊缝、各配件与罐体角焊缝一次探伤检测返工率大幅减少，罐体水压试验和移交一次合格率大幅提高，为 GQ70 型轻油罐车上线安全运行提供了可靠保障。参考文献1 特种作业人员安全技术培训考核管理规定(国家安全生产监督管理总局令第 30 号)EB/OL.https:/ TB/T 15801995 新造机车车辆焊接技术条件S.3 NB/T 47013.22015 承压设备无损检测 第2 部分：射线检测 S.4 NB/T 47013.42015 承压设备无损检测 第4 部分：磁粉检测 S.5 TB/T 18032007 铁道罐车水压试验 S.