055M1E分析法在CRC全自动焊焊接质量控制中的应用.docx
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055M1E分析法在CRC全自动焊焊接质量控制中的应用
5M1E分析法在CRC全自动焊
焊接质量控制中的应用
摘要：
CRC自动焊技术采用熔化极气体保护焊方法，借助于机械和电气原理使焊接过程实现全自动化和程序化操作，它具有焊接效率高、劳动强度低、焊接过程受人为因素影响小等特点，在地势平坦、大口径、厚壁管道建设中优势明显，在国内外大口径长输管道建设项目中都曾发挥过重要的作用，也以其稳定的表现，高效的施工速度，成熟的焊接工艺，骄人的焊接质量，得到了很多国内外管道焊接施工单位的认可。
一般认为造成质量的波动的原因主要有6个因素：
人员、机器、材料、方法、测量、环境，由于这五个因素的英文名称的第一个字母是M和E，所以常简称为5M1E。
本文利用5M1E分析法全面分析了影响CRC自动焊焊接质量的各个因素，从而为提高焊质量寻找有效途径。
关键词：
5M1E分析法CRC全自动焊接焊接质量
CRC全自动气体保护焊是美国CRC公司率先研制，并于1972年获得工业试验成功，是一种高效的管道自动焊接系统，整个系统由管道坡口机、内对口器和内焊机组合系统、P260热焊机和P600外焊机组成，实现了从内部根焊到外焊填盖的全自动焊接。
中国石油天然气管道局第三工程分公司曾在西气东输二线工程、中亚天然气管道AB线等多个国内外重点管道项目中成功使用该技术，得到了良好的表现和极佳的口碑。
从2013年至2014年上半年，在中亚天然气管道C线哈萨克斯坦段管道建设项目中，也成功的使用了CRC管道全自动焊接工艺，并创造了一个又一个骄人的成绩和记录。
一、项目简介
中亚天然气C线管道全长1302.75km，管径1219mm，钢材等级为X80，设计压力为9.81MPa，管道三公司承担哈萨克斯坦江布尔和阿拉木图两个州共343.2km，其中包括19座阀室、2座清管站。
全线包括了山区、丘陵、沙漠、草原、沼泽等复杂施工地形，中型河流穿越1处、小型河流穿越45处、水渠穿越52处，公路穿越23处、铁路穿越2处，地下管道、光电缆穿越19处，架空高压线穿越12处，是全线施工最难段，任务量占到了管道局中亚C线工程（哈国段）总任务量的一半以上。
中亚C线CRC全自动焊接机组面对着施工工期紧、任务重、社会形势复杂、天气多变的不利条件下，仍然迎难而上，通过在施工中不断学习、讨论研究，采用先进的质量分析方法——5M1E分析法，从多个方面全方位的进行质量分析，总结出一整套CRC全自动焊焊接质量控制方法，使焊接质量有了很大的提升。
二、5M1E分析法介绍
一般认为造成质量的波动的原因主要有6个因素：
人（Man/Manpower）：
操作者对质量的认识、技术熟练程度、身体状况等；机器（Machine）：
机器设备、工夹具的精度和维护保养状况等；材料（Material）：
材料的成分、物理性能和化学性能等；方法（Method）：
这里包括加工工艺、工装选择、操作规程等；测量（Measurement）：
测量时采取的方法是否标准、正确；环境（Environment）：
工作地的温度、湿度、照明和清洁条件等。
由于这五个因素的英文名称的第一个字母是M和E，所以常简称为5M1E。
在对质量原因进行因素分析时，通常使用鱼骨图的方法。
鱼骨图是由日本管理大师石川馨先生所发明出来的，故又名石川图或者“因果图”。
其特点是简捷实用，深入直观。
它看上去有些象鱼骨，问题或缺陷（即后果）标在"鱼头"外。
在鱼骨上长出鱼刺，上面按出现机会多寡列出产生生产问题的可能原因，有助于说明各个原因之间如何相互影响。
三、影响焊接质量的因素分析以及对策
（-）人员
1、因素分析
在CRC全自动焊接中，焊接人员的操作在整个CRC焊接质量管理因素中起着决定性的作用，人员的因素对焊接质量造成的影响是最难掌握、最难估计的。
一般由操作人员控制造成操作误差的主要原因有：
质量意识差、操作时粗心大意、不遵守操作规程、操作技能低、技术不熟练、以及由于工作简单重复而产生厌烦情绪等。
（1）员工质量意识和责任心的水平差距很大，通常质量意识强、责任心强的员工质量水平要高于相对较差的员工；
（2）不同的焊接人员操作技能水平、技术熟练程度、对新设备的接受能力、对设备的爱惜程度等差距很大；
（3）员工遵守规章制度和操作规程的能力有所不同，坏的操作习惯一旦形成很难改变；
（4）员工的思想的波动、情绪的好坏也直接影响着焊接质量。
2、对策
（1）加强“质量第一、用户第一、下道工序是用户”的质量意识教育，建立健全质量责任制。
通过不断的质量培训和宣贯，强化员工的质量意识，提高员工的责任心。
（2）通过员工技能培训和技术交流，共同提高员工的技术水平和熟练程度，可以采取“走出去、请进来”的方式。
一是安排技术骨干到外部进行培训，回来后再对其它员工进行再培训；二是聘请技术专家进行授课、现场技术指导，提高整体水平；三是在施工中不断总结经验，形成系统的资料。
（3）制定系统的管理制度，编写明确详细的操作流程。
在操作流程上明确出焊丝的干伸长度、导电嘴的伸出长度、保护气罩里的飞溅是否清理、导电嘴的更换、地线的搭接、气体的更换、焊接电流电压、送丝速度等等可能影响质量的因素，通过严格执行规章制度、按章操作，使员工养成良好的操作习惯。
（4）加强对员工的思想状态的关注，通过工种间的人员调整、工作经验丰富化等方法，消除操作人员的厌烦情绪；充分发挥党、工、团组织的作用，通过建立“机组之家”、给员工过生日、尽心尽力帮助员工解决家庭的后顾之忧等方式，消除长期在外施工对员工造成的思想的波动。
（5）通过广泛开展QC活动等群众性质量活动，充分发挥广大员工的主观能动性，促进自我提高和自我改进能力。
（二）设备
1、因素分析
CRC自动焊采用CRCEVENS“IWM根焊+P260热焊+P600填充、盖面”的方法进行主体管线的全位置下向焊接。
全自动内焊机IWM采用8个枪头，焊接速度更快，P260、P600焊机具备自动跟踪功能，焊接过程中可通过显示面板对两台焊机的焊接参数进行监测，实现过程监控。
常见的由于设备问题影响焊接质量的因素主要有以下几点：
（1）焊接电源发电不稳定，供电电压过低，容易出现熔池喷不开，不成形，对把无法起弧；
（2）频繁转场造成焊接设备电路安装接头不稳固；
（3）焊接设备在焊接中突然停弧；
（4）因电路原因出现的气孔；
（5）因设备保养不到位原因造成的其他故障；
2、对策
（1）针对焊接电源故障的解决方法：
a.查看供电电源、焊把线连接是否稳固，是否有松动的现象；
b.检查焊车发电的频率、电压是否达到要求；
c.定期检查和保养发电设备，出现问题及时处理，设备不带病作业；
（2）针对设备电路安装不稳固造成的故障的解决办法
在中亚C线的实际施工中，由于设备板墙频繁转场，需要经常重复自动焊设备拆卸和安装工作，安装过程中极有可能出现电路接头安装不稳固的现象，可能引起质量问题，主要表现为时焊枪在焊接过程中抬弧，干深过高，电弧不稳定。
针对该现象需要以下几种解决方法：
a.检查CPU至枪把链接线是否松动。
b.检查CPU至焊接小车连接中的电线组是否松动。
c.检查焊接小车两短线是否松动。
（3）设备在焊接中停弧
设备在焊接过程中出现停弧现象，这种现象对质量的影响非常大，停弧会造成接头处焊接出现问题，同时为接下来的打磨工作也会为质量情况埋下隐患。
针对此问题的频繁发生，可能产生的成因是CPU死机，焊机工作不正常或者死机，可以运用以下的几种方法来解决：
a.因为天气炎热引起的死机，可以通过切断电源，从新启动机器或者焊接设备。
b.及时清理行走电机内的粉尘，飞溅，污垢等异物。
c.对存在问题的手控盒及时更换，交予专业人员进行维修。
（4）因电路原因出现的气孔
在实际焊接中气孔是最容易出现的一种焊接缺陷，产生焊接气孔的成因多种多样，其中出现的因电路故障产生的气孔也很常见，这种气孔的产生成因是电磁阀不工作，焊枪不送气：
a.切断电源，从新启动CPU。
b.分别的使用手动和手控盒测试送气电磁阀是否正常工作。
（5）因设备保养不到位引起的缺陷
焊接设备不及时进行保养，很容易引起各方面的缺陷，所以设备的保养是非常重要的一个环节。
a.定时的清理焊接小车上的各种飞溅、灰尘等异物；检查轨道是否完好，轨道表面、接头处是否有异物、突起等；检查小车的行走电机齿轮是否有缺牙断齿；检查焊接小车上的主动轮从动轮的松紧把手是否松紧适度；检查把手上的松紧卡簧内是否稳固。
b.保持整机的部件整洁、紧固，无漏气、漏水、漏油等现象；焊接电源保持良好的散热通风，绝缘性能良好、可靠；供气系统的电磁阀、气表密封完好，显示正常，气带与快速接头的牢固；行走电机、齿轮卡簧的松紧度，各个按键及附件的良好状态。
（三）材料
1、因素分析
CRC全自动焊主要材料是各种焊丝和保护气体，因此从这两个方面进行分析。
（1）全自动焊丝
CRC全自动焊接工艺不同，根焊，热焊和填盖所用的焊接材料也不同。
中亚C线管道工程所用管材钢号为X80钢。
根焊采用AWSA5.18ER70S-G/ER70S-6￠0.9MM焊丝，热焊同样采用AWSA5.18ER70S-G/ER70S-6￠0.9MM焊丝，P600填盖设备采用AWSA5.28ER80S-G￠1.0MM焊丝。
不同批次焊丝性能也会有所差别，微小的变化也会对焊接质量产生一定影响。
（2）焊接保护气体
CRC全自动气保焊与其他传统焊接最大不同之处在于所有工艺流程都离不开焊接气体的保护，因此，气体的质量和纯度就尤为重要。
CRC全自动气保焊主要采用75%Ar+25%CO2的混合气体、100%CO2气、85%Ar+15%CO2的混合气体等三种不同的气体作保护，电弧燃烧稳定，飞溅少，无需清渣，节省了焊接时间，焊缝成形美观。
a.气体的纯度问题对焊接质量影响很大，气体纯度不足极易引起密集气孔出现，这也是自动焊最常见的几种缺陷之一。
造成气体纯度不足的原因可能是气体本身纯度不足，也可能是由于气管断裂、接头松动等原因造成的进入空气致使气体纯度降低。
b.混合气体比例不正确容易引起层间未熔合、气孔等缺陷。
氩气主要影响熔池的宽度，二氧化碳则影响熔池的深度，氩气比例过高时，会出现熔宽过大熔深过小的问题，二氧化碳比例高时，会出现熔宽过小熔深过大、焊接飞溅大、熔池猛烈的问题，两种情况都易产生层间未熔，气孔等焊接缺陷！
2、对策
（1）焊丝问题造成的缺陷
针对焊接材料出现的问题，我们可以用以下几个方面来实施管控：
a.做好记录工作，把项目部提供的每次焊接材料进行统一记录，明确的记录焊材的型号和批次。
b.在实际的焊接施工中注意观察和分析，及时的掌握没批焊材的使用时间和使用情况。
c.积极的沟通和联系检测探伤单位，及时掌握第一手材料，及时分析和排除焊丝影响焊接质量的情况。
d.严把材料到场验收关，每批次焊丝各种质量证明材料是否齐全，是否及时进行复检，复检结果是否合格，从源头上把好关；同时严格按照规定对焊材进行储存和发放，并做好详细记录。
（2）气体问题造成的缺陷
a.首先检查气带是否有破损，接头是否有松动，气体流量表是否正常；其次，检查送气电磁阀是否因死机停止工作。
b.加强电焊工对焊接过程的监控，当焊接过程中出现异常，及时进行沟通和反馈，对出现问题的气体及时进行更换。
c.对每个批次的气体进行认真的检验，存在问题的气体绝对不能用于施工现场。
（四）工艺方法
1、因素分析
（1）坡口加工质量
CRC全自动焊接采用复合型坡口，坡口角度长度变化复杂，对CRC坡口机工作要求极高，微小的变化就可能引起未熔、气孔等焊接缺陷。
（2）焊接预热温度和层间温度
X80钢具有含碳量高、强度高、脆性大的特点，对焊前预热温度和层间温度要求比较高，否则极易出现焊接裂纹等致命性缺陷。
该工艺的预热温度为100℃——130℃，层间温度为60℃——150℃。
在哈萨克斯坦漫长冬季低温严寒的条件下，温度的控制成为影响焊接质量最重要的因素之一。
（3）焊接参数
CRC全自动焊自动化水平高，基本上实现了自动化，但是设备只能根据预设的送丝速度、电压、电流、行走速度等各种参数进行焊接，所以对焊接参数的设定要求非常高，焊接参数设置不合适容易出现各种各样的焊接缺陷。
2、对策
（1）对管材坡口的要求和坡口机运行的质量控制
a.坡口加工前对管口的椭圆度、垂直度等参数进行检查，严格按照坡口加工作业指导书的要求进行坡口加工，根据相关规范或标准对坡口各部分尺寸进行检查，不符合要求的需要重新加工，直至达到要求。
b.为了确保坡口加工的精度，将加工0°钝边和5°斜面的刀片固定在同一个刀杆上，加工45°斜面和37.5°斜面的刀片则分别固定在另外两个不同的刀杆上，使整个转动的刀盘受力均匀，提高了加工精度，简化了车刀调试的步骤。
c.坡口时经常会出现“跳刀”现象，也就是在管口上坡出一道深长地沟壑,同时凹槽架还会变动。
仔细分析原因后发现是由于导向滚轮下面固定螺丝经常松动，造成导向滚轮跳动，从而引起坡口加工缺陷。
发现问题后，我们经过认真研究了，发现只需要在导向轮下发铁块和固定螺丝之间增加垫片，填满空隙，导向滚轮就不容易跳动了，解决了这一问题。
d.提高坡口加工人员的技术水平和责任心，是解决这一问题的根本办法。
（2）焊接预热温度和层间温度的控制
a.焊前预热采用中频加热器进行加热，中频加热器的优点在于预热快，预热温度可以进行设定，预热均匀。
b.冬季施工外界环境温度过低，焊口热量流失快，易产生裂纹。
解决这一问题的办法：
一是合理安排前后工序，保证各遍焊接工序能够衔接紧密，不出现落口的现象；二是一旦出现落口的现象，安排专人对无人焊接的焊口进行火焰加热，保持焊口温度。
（3）焊接参数的设定
a.聘请专家或厂家技术人员对现场进行指导，根据不同的条件进行焊接参数设定。
b.通过多次试焊，记录不同参数设定条件下的焊接结果，寻找最合格率最高的焊接参数。
c.通过对不同工况条件下的参数进行记录，建立数据库，随时根据外界条件的变化进行参数的调整。
（五）测量
1、原因分析
由于测量因素也容易造成的缺陷产生，主要有三方面原因：
（1）操作人员或质检员测量方法和水平，可以直接影响到测量的准确程度。
一名富有经验的员工肯定比一名刚从事测量工作的员工具有更高的专业素养和技术水平，测量的效果也不同。
（2）配备的测量工器具数量和型号是否能够满足现场需求，是否经过定期校验，都可能造成结果的偏差。
现场没有配备足够的测量工具，操作人员将无法及时进行监控，从而存在严重的质量隐患
（3）质检人员的责任心问题直接影响测量效果，有什么样的责任心就有什么样的质量。
2、对策
（1）加强对质检员和操作人员的技术培训工作，使其能够数量掌握各种计量器具的使用。
（2）现场配备能够满足需求的检测工器具，并且按规定按时进行检验。
（3）通过多种形式，不断提高员工的责任心和质量意识，树立“质量第一”的观念。
（六）环境
1、原因分析
（1）环境温度的影响
由于X80钢脆性较高，对温度要求较高，在冬季环境温度下，如果不采取措施，容易产生裂纹等缺陷，严重的直接会造成焊口断裂。
一般认为只要措施到位、设备运转正常，在环境温度不低于-30℃时，均可以正常施工。
（2）环境湿度的影响
当换进湿度>90％RH时，潮湿的空气容易造成焊丝表面迅速氧化生锈，容易产生夹渣等缺陷；母材表面湿度过大，如果不做处理也容易产生裂纹、气孔等缺陷。
（3）风力的影响
由于CRC全自动焊接采用气体保护工艺，因此受风力影响极大，允许焊接的条件为≦2m/S。
在哈斯克斯坦广阔的高原荒漠地带，风力超过要求是常有的事情，因此必须采取防风措施，防风措施不到位最容易引起气孔等缺陷。
2、对策
（1）采用防风保温棚，在防风棚的四周加装保温材料，做好棚子的密封和保温工作，一方面可以在环境温度过低的情况下，起到一定保温作用，一方面又可以起到有效的防风效果。
（2）焊接之前仔细检查防风保温棚是否扣好，是否存在漏风的地方。
（3）环境湿度超标时不允许进行施焊，安排专人及时观察天气环境的变化，做好防雨准备。
（4）环境温度过低或雨季施工时，对刚刚完成的焊口要及时采取缓冷保温或防雨措施，一般是采用防雨保温被包裹刚刚完成的焊口，使其缓慢冷却到环境温度。
随着社会的不断发展，自动化设备的不断推进。
CRC全自动气体保护焊接工艺已经成为了大口径平原段管道施工的一面旗帜。
在我中亚C线CRC机组自成立以来，一直以铁军的精神和艰苦奋斗的作风激励着自己，迎难而上，不畏艰险。
中亚C线管道工程，是我局又一条具有经济及战略意义重大的国家重点工程。
管道三公司五处CPP316机组，承担由乌里古里-阿特尔地段的施工任务。
CPP316机组的前身是一个标准化的半自动焊机组，此工程我单位负责的主体焊接工艺，采用的是美国CRC公司的，管道全自动焊焊接技术。
这也是我单位首次尝试该技术。
通过各级技术专家的帮助和支持，以及在机组所有参战人员的共同努力下，我单位仅仅用了163天，就完成了该标段共计108公里的主体焊接任务。
同时创下了，全线安全第一，进度第一及日焊接量第一的光荣记录。
此工程我们采取的是边摸索，边实践，边总结的工作模式，最终结果证明，此模式是切实可行的，特此，我们将该工程的施工流程做以下总结，以供新加入的工作人员能迅速掌握工作要领，进入角色，尽快的投身到新的管线全自动焊接工程任务当中去，同时也为半自动焊机组转型提供指导和参考。
在焊接作业中要切实的做到对每道焊口的精细化管理，对所有因素进行把控，特别是完成焊口的作业焊工；所使用的焊接材料的批次；所使用的焊接机具；所使用的焊接保护气体的具体批次；焊接当天的天气情况；风速湿度。
全面的有序的统计数据，如果出现质量问题，可及时分析，逐项排除，并作出了具有针对性的改正，对焊接机具及时调试。
全面质量控制的实施，有效的提高了焊接质量，提高了焊接速度，对员工的心理也是极大的鼓舞，真正的把质量控制转化为生产力。
同时也凸显了全面质量因素控制对于CRC全自动焊接中的重大意义。
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