基于DMAIC方法的MPM焊接控制技术研究

李伟龙 汝国成

摘  要：文章对发电设备电站锅炉水冷壁部件MPM设备和焊接工艺研究，基于DMAIC方法对MPM焊接控制过程实施改善，采用流程分析和影响因子识别，利用图形分析和回归分析筛选关键因子，设计DOE实验进行因子验证，优化关键影响因子参数，最终针对性提出综合性控制措施。

关键词：DMAIC;MPM焊接;控制技术

中图分类号：TG44         文獻标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）30-0115-02

Abstract： This paper studies the MPM equipment and welding process of the water-cooled wall parts of power plant boilers， improves the MPM welding control process based on the DMAIC method， uses process analysis and identification of impact factors， uses graphic analysis and regression analysis to screen key factors， designs DOE experiments for factors verification， optimizes the parameters of key impact factors， and finally puts forward comprehensive control measures.

Keywords： DMAIC; MPM welding; control technology

引言

水冷壁管屏是电站锅炉的核心部件，主要结构型式为钢管与扁钢焊接而成，其中大容量机组水冷壁管屏焊缝总长度可达万米以上。为提高生产效率，目前主要应用双面脉冲MAG自动焊焊接方法和焊接设备（简称MPM），MPM焊接过程的关键技术要点是必须保证上下两面的焊缝质量，包括焊缝成形和焊缝外形尺寸控制[1]。而DMAIC方法是一种结构化解决问题的方法，通过界定、测量、分析、改进、控制5个阶段不断改进现有产品或过程，其中，界定是确定需要改进的目标及其进度，测量是了解现有质量水平，分析是找到影响质量的少数几个关键因素，改进是确立最佳改进方案，控制是采取措施以维持改进的结果[2]。

1 定义阶段

通过历史数据分析，MPM焊接过程主要有断点、焊偏、焊瘤、气孔、咬边和压痕缺陷，其中断点、焊偏和焊瘤缺陷产生概率高，需要浪费大量人力物力实施焊缝返修。因此，研究电站锅炉MPM焊接过程控制技术，提高焊接质量，具有可观的经济效益。

2 测量阶段

2.1 流程分析

MPM焊接过程宏观流程是原材料预处理、管子扁钢排料、点焊、MPM焊接。详细过程流程是扁钢精整、管子接长、焊口磨平、装配点焊、焊接工装准备、焊接参数设定、送料、送丝、配气、起弧、第一排上枪焊接、第一排下枪焊接、第二排上枪焊接、第二排下枪焊接。通过CE矩阵筛选法，对各流程输入因子对缺陷影响度分析计算，可识别出焊口磨平高度、原材料表面状态、导电嘴孔径、焊枪空间位置等18个影响因子。

2.2 过程控制要点

通过流程分析，识别出MPM焊接过程如下控制要点：（1）保证原材料存储环境，实施有效防护、隔离，确保表面无灰尘、油污等污染物;（2）扁钢和管子尺寸在规格范围内;（3）焊口磨平高度应尽量接近于0，同时保证磨平同心度;（4）规范垫片、压块等工装使用管理;（5）在长时间焊接工作后，加强焊枪松紧度;（6）对焊丝剩余状态进行监控，提前更换避免停机。

3 分析阶段

3.1 过程数据采集

对MPM焊接过程进行数据采集，收集四组焊枪导电嘴孔径数据、焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊枪空间位置（α、β上和β下）、焊丝伸出长度，对不同参数下焊接质量进行检验统计。

3.2 关键影响因子分析

通过Minitab软件对过程采集数据进行图形分析，导电嘴孔径与焊接缺陷数量呈线性关系，具有明显关联性，总缺陷数与导电嘴孔径关系见图1。

对过程采集数据进行Poisson回归分析，其中回归分析结果见表1。

表1 关键影响因子回归分析结果

根据结果建立Poisson回归方程为总缺陷数=exp（Y'），Y'=5.32-0.01228电流1_2+0.01280 电流1_3+0.0330 焊丝伸出长度-0.0405α-0.0428 β上-0.1157β下。

可以得出如下结论：（1）适当加大导电嘴孔径能够降低MPM焊接缺陷数量;（2）焊丝伸出长度、第2组电流、第3组电流、焊枪空间角度α、焊枪空间角度β上和焊枪空间角度β下是显著因子。

4 改善阶段

4.1 DOE实验设计

DOE试验设计法是一种研究与处理多因素试验的科学方法，为验证6个显著因子有效性，寻找最佳条件组合，同时考虑经济性，以最少的投入，换取最大的收益，采用部分因子试验，分辨率为Ⅳ，加4个中心点，总计实施20次DOE试验。

4.2 DOE实验分析

利用Poisson 回归分析，可以得出如下结论：焊丝伸出长度、第2组电流、第3组电流、α和β上是显著因子，并通过响应优化器计算，推荐因子参数为第2组电流230A、第3组电流230A、焊丝伸出长度20mm、焊枪角度α23°、焊枪角度β上15°。响应优化器试验推荐参数见图2。

经实验验证，MPM焊接过程缺陷数有明显降幅，关键影响因子参数优化对策有效。

5 控制阶段

针对性提出过程质量控制要点和关键影响因子优化参数，形成有效控制技术措施，从管理和技术两方面入手，形成制造、检验、工艺各个环节的质量控制标准化文件，将改进措施固化在程序中。

6 结束语

综上所述，通过对电站锅炉MPM焊接过程进行流程分析和影响因子识别，利用图形分析和回归分析筛选关键因子，设计DOE实验进行因子验证，有效降低MPM焊接缺陷问题数量，取得可观经济效益，同时保障电站锅炉运行可靠性。

参考文献：

[1]邵建明.燃煤发电锅炉焊接工艺及装备展望[J].锅炉技术，2014，45（05）：64-67.

[2]刘亦晴.浅谈“六西格玛”在质量管理方面的应用[J].科技经济市场，2020（02）：89-90.