通过 QC 小组活动提高大跨度网架空心焊接球加工验收合格率的应用研究

周 宇，周 勇，周 金，黄昌勇，叶 斌，朱明华

（成都建工雅安建设有限责任公司，四川 雅安 625000）

0 引言

在当前我国建筑行业市场竞争日益激烈的背景下，QC（质量控制）小组活动作为企业全面质量管理的一项重要举措，越来越受到各行各业的重视，许多公司已经把 QC 小组活动理念纳入到企业日常质量管控当中。经过长时间的实践证明，QC 小组活动已经成为促进企业提高产品质量、实现技术进步、不断完善生存发展能力的有效手段，是一种成熟的质量改进方式［1］。

1 项目概况

本案例位于雅安市雨城区，项目总占地面积为28.96 亩，总建筑面积为 4.99 万 m2，建筑主要由会展中心和酒店两大部分组成，主体结构形式为混凝土框架结构，屋面为钢网架结构和钢桁架结构，其中，会展部分屋盖结构形式为正交正放四角锥钢网架，跨度为 2.7 m×46.3 m，网架高度为 2～3 m，下弦支撑，节点形式为空心焊接球节点如图 1 所示。

图1 现场实拍图

2 选题理由

第一，施工质量要求高。本项目为当地省级重点项目“雅安大熊猫生态文化旅游融合发展示范项目”的子项目，因此笔者公司将项目的质量目标确立为取得四川省建设工程天府杯奖（省优质工程），要求各分部分项工程一次验收合格率须达到 90 % 以上。

第二，工程社会关注度高。该项目是当地政府为把会展业作为发展第三产业的一个重要突破口，全面提升雅安市整体旅游接待档次，进一步完善雅安现有旅游市场功能，改变城市整体形象，推动雅安旅游经济与第三产业持续快速发展。项目建成后将成为雅安市规模最大的会展中心，具备承接全国性大型会展的能力，填补雅安大型会展场所的空白［2］。

第三，施工难度大。本工程屋盖形式为四角锥焊接球网架，最大跨度达 46.3 m，焊接球加工质量的好坏直接决定网架安装的质量。

3 QC 小组活动全过程

3.1 现状调查

QC 小组首先对已完成的本项目车间焊接球加工一次验收合格情况展开了调查，并对得到的数据进行统计分析，得到了焊接球一次验收不合格质量缺陷统计表，如表 1 所示。从表 1 中可以看出，“壁厚减薄量大”“未焊透”两种质量缺陷的累积频率高达 80.4 %，说明造成项目空心焊接球一次验收通过率低的质量缺陷主要集中在“壁厚减薄量大”“未焊透”两个方面。

表1 质量缺陷统计表

3.2 设定目标

主要质量缺陷确认后，经小组成员讨论，并综合考虑笔者公司考核指标要求、现有资源情况、同行业单位平均水平、成本控制等多方面因素，最终决定将本次 QC 活动目标定为：提高大跨度网架空心焊接球一次验收合格率至 92 %。

3.3 原因分析

目标确定后，QC 小组通过查阅相关文献资料，并组织项目质量管理人员、施工工长召开讨论会议，对造成上述质量缺陷的原因进行深入分析，并从人、机、料、法、测、环 6 个方面排查出 9 个可能造成“壁厚减薄量大”及“未焊透”的末端原因，如表 2 所示。

表2 末端原因分析表

3.4 要因确认

活动目标和末端原因确认后，小组成员通过现场调查、分组抽检、统计数据、对比分析等方法，对导致焊接球加工一次验收合格率降低的 9 个末端原因逐一进行确认，并得出结论。

1）要因确认一。施工人员未进行专业培训。

确认过程：小组成员通过查阅项目部相关培训资料和作业人员的上岗资格证书，证实所有作业人员均为持证上岗。同时，项目部在网架部位施工前组织全体施工人员参加“焊接球加工理论及实操”培训，相关影像资料、培训照片及人员名单均存有文件记录。

得出结论：非要因。

2）要因确认二。测厚仪未标定。

确认过程：小组成员对项目部使用的超声波测厚仪进行了全面盘点检查，发现所有仪器均在检定合格有效期内，精度满足规范要求。同时，为了进一步确认测厚仪未标定对“壁厚减薄量大”的影响程度大小，小组成员分别使用在校准有效期内的仪器和虽然在校准有效期内但又重新校准的仪器，对已经加工完成的焊接半球厚度复检。对比二者的数据发现，出现壁厚减薄量大质量问题的频率仅相差约 1 %。

得出结论：非要因。

3）要因确认三。温度控制不当。

确认过程：小组成员通过现场实测，记录得到作业班组在进行焊接球半球加工时，压制成型过程中温度均控制在 900～1 100 ℃，该区间为理论锻压成型最佳温度区间，说明现场实际加工过程中温度控制良好。

得出结论：非要因。

4）要因确认四。拉伸减薄量较大。

确认过程：小组成员在检查施工方案时，发现本工程焊接球半球的加工均采用大吨位压力机设备一次性模锻形。根据力学原理，小组成员初步判定钢板在受压加工成型过程中可能会因局部区域受拉伸影响，导致受压区变薄，受压区周围变厚。随后，小组成员进行施工现场调研，发现现场已加工完成的半球确实有一部分厚度不满足要求。

为进一步确认该要因对结果的影响程度，小组成员额外进行了一组对比试验。第一批构件将温度加热到 1 000 ℃ 后采用一次压模法成型，第二批构件将温度加热到 1 000 ℃ 后用 2 套压模分两次热压成型，并在加工完成后统计不合格构件出现的频次，如表 3 所示。

表3 对比试验统计表

通过试验数据可以发现，两组试验数据出现壁厚减薄量大质量问题的频率相差达 10 %，说明拉伸减薄量对“壁厚减薄量大”的影响程度较大。

得出结论：要因。

5）要因确认五。厚度负偏差过大。

确认过程和方法：小组成员分别采用厚度 12 mm 和 16 mm 的钢板在同等条件下压制壁厚相同的空心焊接球，加工完成后采用超声波测厚仪抽检其厚度。对比结果发现：两组厚度不同的钢板制作出的空心焊接球出现“壁厚减薄量大”质量问题的频次相同，且本项目采用的热轧钢板厚度负偏差均在国家标准 GB/T 709-2019《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》［3］允许范围内。

得出结论：非要因。

6）要因确认六。坡口形状和角度不满足要求。

确认过程：小组成员经调查确认现场空心焊接半球组装焊接时半球坡口均为 Y 型、角度为 22.5～25°，根部间隙为 2 mm。小组成员通过查阅相关资料后提出假设，当空心焊接球壁厚≥20 mm 的时候，由于焊接熔池太深易造成夹渣，同时由于是 2 个半球组装，只能单边开口，焊缝窄，根部角度小，焊接时底部不易焊透，因此坡口形状和角度不能满足现场实际施工需要。

为进一步确认坡口形状和角度不满足要求对“未焊透”这一质量问题影响程度的大小，小组成员共设计了 4 组不同坡口形状和角度参数的构件进行试验，分别为单边 Y 型 22.5～25°、单边 Y 型 25～30°、单边 V 型 22.5～25°以及单边 V 型 25～30°。施工完成后统计不合格构件出现的频次，如表 4 所示。

表4 对比试验统计表

通过以上试验数据可以发现，采用不同的坡口形状和角度导致未焊透这一质量问题出现频率最大相差 10 %，说明坡口形状和角度不满足要求对“未焊透”的影响程度较大。

得出结论：要因。

7）要因确认七。焊口铁锈、油污未清理干净。

确认过程：Q C 小组针对现场焊接球焊口两侧 10 mm 范围内铁锈、油污的清理情况进行了调查，发现车间工人在施焊前均会对焊口处进行彻底清理，只有极少部分存在少量的铁锈、油污。施工单位现场负责人对发现有铁锈、油污的半球施工前安排专人进行二次清理。

得出结论：非要因。

8）要因确认八。焊接电流小。

确认过程：小组成员调查发现现场投入使用的直流焊机和交流焊机均为新进场设备且进场验收合格。为进一步确认焊接设备的可靠性，小组成员从该批焊机中抽取 6 台焊机，针对其施工过程中的电流进行检查，发现 6 台焊机施工电流均满足要求。

得出结论：非要因。

9）要因确认九。焊接速度过快。

确认过程：小组成员通过调查发现现场构件加工均采用滚动环焊的施工方法，焊接速度均控制在 18～22 cm/min，已焊接完成的空心球焊缝宽度和焊道厚度等均经相关单位验收合格，未出现未焊透等质量缺陷。

得出结论：非要因。

3.5 提出对策

通过一系列现场检测和对比试验，QC 活动小组确认造成网架空心焊接球质量缺陷的要因包括“拉伸减薄量较大”和“坡口形状和角度不满足要求”2 项，提出拟采用的 4 条对策，并结合项目部生产条件和成本预算从有效性、经济型、可靠性、可实施性 4 个方面进行综合对比分析，分析结果如表 6 所示。

表6 对策评估比选表

3.6 对策实施

小组成员依据“5W1H 分析法”对选用的对策制定了详尽的实施方案，相关施工要点如下。

1）培训交底：针对选用的 2 种新型施工方法，项目部结合现场实际情况编制了具有针对性、可行性和完整性的技术交底方案。且技术交底采用书面技术交底和施工样板交底两种形式。书面技术交底由项目技术负责人结合图纸、规范等技术要求以书面形式向施工班组和操作工人进行详细讲解，并签字留档。施工样板交底则由项目部选择操作熟练、经验丰富的施工人员进行现场操作演示，重点演示相关机具的使用、技术操作要点，以及容易出现安全和质量隐患的工序和相关应对措施等。

2）2 套压模分两次热压成型：该方案原理为压模时从曲率半径大的椭圆球平缓过渡到曲率半径相对小的圆球，有效增大了钢板料的受力面，使钢板各部分都能较均匀受拉从而发生均匀变形。另一方面，加热次数和加热时间的延长可能导致钢板表面氧化层厚度的增加，因此该方案的质量控制要点如下。

①缩短高温钢板料的等待和传递时间。钢板料在第一次热压成型、温度达到控制要求后应快速取出加工，压制机应尽量靠近加热炉，减少钢板料取出后传递加工产生的热损失，从而适当降低加热温度以减少钢板料氧化。②缩短钢板料的加热时间。正式施工前，通过反复试验确定钢板料加工成半球所需的最佳温度和时间，使钢板料在最短的时间内达到加工的温度以控制氧化量。施工时尽量使用熟练工人进行操作，加快热压加工的速度，缩短钢板料的加热时间，减少氧化量从而减少球壁减薄量。

3）单边 V 型，坡口角度 25～30°无钝边施焊：严格按照焊前、焊中、焊后控制的原则进行焊缝施工质量控制。施焊前由小组成员指导和监督焊工按设计坡口和形状画好线后，按照画线位置进行坡口切割。焊接过程中，控制施工现场温度、湿度，严格按照相关技术标准开展作业。焊接完成后，及时做好检验记录，记录数据应真实、全面，并由操作人员和检验人员双方签字认可检验结果。在各个控制段中，质量检验工作的内容应符合现行钢结构工程施工规范、焊接规程及验收标准的相关规定。

3.7 效果检查

1）质量效益：QC 活动小组成员针对对策实施完成后加工完成的焊接球施工质量情况进行了跟踪检查，共抽查构件个数 100 个，合格数量达到 93 个，合格率达 93 %，超过活动目标。其中，“壁厚减薄量大”和“未焊透”这两种质量问题出现的累积频率由 80.4 % 降低至 38.5 %，说明对策实施有效。

2）经济效益：本次 QC 小组活动中共加工 400 余个焊接球，经过此次活动焊接球加工一次验收合格率得到明显提升，为项目部节省了大量返工返修费用，共计创造经济效益约 1.68 万元。

3）社会效益：本次 QC 小组活动后，该项目整体焊接球加工质量得到了显著提升，为创建省级结构优质工程奠定了坚实的基础，同时也得到了业主、监理、设计各方的一致好评。此外，本次活动通过在笔者公司内部进行宣传，使相关从业人员积累了焊接球加工的质量控制要点。

3.8 巩固措施

小组成员将活动中取得的有效措施进行归纳总结，运用 QC 方法结合现场施工实际情况，在笔者公司及项目部技术人员的指导和支持下编制形成了《大跨度网架空心焊接球加工作业指导书》，将此次 QC 活动成果进一步推广，为后续类似工程施工提供参考，其主要措施有以下两点。

①网架空心焊接球两套压模二次热压成型的施工方法和技术标准。②网架空心焊接球坡口形状选择、角度参数选择以及加工方法。

4 结语

4.1 活动成果

在本次 QC 小组活动过程中，小组成员对影响大跨度网架空心焊接球加工质量的原因进行了调查研究，通过编制原因分析表、分组抽检、对比试验等方法，合理调整并优化了施工方案，有效降低了后期返工概率、节约了施工工期和施工成本，获得了显著成果。

通过此次 QC 小组活动，证明了大跨度网架空心焊接球加工一次成功率低的原因并非人们通常认为的施工人员操作水平差或焊接口未处理，而是受钢板热压成型工艺和焊接坡口形状和角度影响较大。空心焊接球作为保证大跨度网架整体质量的关键环节，构件施工质量的提高对整个工程的全寿命周期具有重大意义。本次活动的成果为笔者公司创造了良好的质量、经济和社会效益，为承接后续类似项目施工提供了参考。

4.2 不足之处及改进建议

本次 QC 小组活动结束后，小组成员对本次活动进行了全面总结，对存在的问题和改进措施提出如下建议。

1）缺乏专业性人才领导。

本次 QC 小组成员由笔者公司和项目部管理人员，以及项目基层班组组成，未聘请专门的指导团队。小组成员之间未建立起完善的组织框架，现场调查时各成员分组行动，活动场所相对分散，调查过程中缺乏有效的推进机制。此外，公司每年可报名参加全国、省市级 QC 成果交流会议的名额有限，小组成员之间亦缺乏相互交流和学习的机会。

改进措施：QC 小组活动作为一种提高企业的质量管理的重要途径，要想得到长远稳定的发展就离不开专业的技术人才和团队。结合实际情况，QC 小组成员除技术、质量管理人员和作业班组人员外，还应该聘请 1或 2 名具备多方面经验的骨干型技术人才，负责统筹规划和管理小组成员的活动，不定期组织各成员进行成果交流，全面提高小组的综合实力和管理水平。

2）基层职工的积极性、主动性不足。

此次 QC 小组活动部分成员来自项目基层班组，受其长期所处的工作环境和固有思维的影响，他们在小组活动中解决问题的积极性、主动性较差，思想意识不到位，对自己不熟悉的工作领域和内容存在排斥心理。

改进措施：加强基层职工的思想教育和专业技能培训，充分调动基层职工的积极性、主动性。在 QC 小组活动过程中做到尊重每一位小组成员，鼓励大家在活动当中积极发表个人建议。同时，要做到赏罚分明，建议可以将小组成员在活动当中的业绩表现纳入个人年度绩效考评中，对表现优秀的小组成员进行通报表扬和物资奖励，充分挖掘每一位小组成员的价值。Q