降低GIS壳体缺陷量

◆汤道飞 黄桂红 汪美珍 / 文

降低GIS壳体缺陷量

◆汤道飞 黄桂红 汪美珍 / 文

为持续改善产品质量，提高顾客满意度，正泰电气股份有限公司对外部顾客投诉的关注度不断提高，每年开展第三方满意度调查，并将满意度指标纳入绩效考核。从2012年GIS（气体绝缘金属封闭开关设备）产品外部质量信息统计分析得知，下半年共发生壳体缺陷投诉多起，远大于公司的内部规定要求（GIS壳体缺陷量≤10件/年），给产品质量带来了隐患，也影响了顾客满意度。

为此公司领导要求成立QC专项攻关小组进行整改。课题设定为：降低GIS壳体缺陷量。

GIS产品以SF6气体作为绝缘和灭弧介质，广泛用于各种形式的输配电系统中。而GIS壳体又是GIS产品的关键零部件，它由法兰、筒体和支架等附件焊接而成，通过内部充入SF6气体来检测焊缝的气密性。

目标设定及可行性分析

根据公司内部规定要求及外部质量信息分析结果，小组将本次活动目标设定为：GIS 壳体缺陷量≤4件/半年，并对目标可行性进行了分析。

小组成员针对2012年7月～12月GIS壳体缺陷情况进行了统计分析，共有缺陷13件其中壳体漏气缺陷占壳体缺陷量的84.62%；进一步针对壳体漏气的不同部位统计发现，支架焊缝漏气现象又占壳体漏气问题的81.82%，由此可以看出“壳体支架焊缝漏气”是造成壳体缺陷量高的关键问题。 如果壳体支架焊缝处的漏气缺陷能够解决，则GIS壳体缺陷量可降低69.25%（84.62%×81.82%）（即可降低9件），则小组本次活动设定的目标：GIS 壳体缺陷量≤4件/半年可以实现。

针对GIS壳体焊接缺陷，公司领导指定了两名工艺主管及一名曾获第五、六届焊接技能比武一、二等奖的GIS壳体焊接熟练工参加攻关小组，并调配了优良的焊接与检测设备。而小组成员一直致力于GIS 壳体改进工作，在GIS壳体制造工艺、工艺装备设计、壳体焊接等方面具备了丰富的实践经验和良好的团队精神与创新意识，先后完成了如“提高GB壳体多孔翻边中心尺寸合格率”、“提高GIS支筒圆弧加工效率”等多项技术工艺攻关课题，曾获得 “一种装焊夹具（201120268681.1）”和“一种车床夹具（201220736751.6）”等专利。

因素分析，确认要因

本次活动改进的支架焊接环节是将筒体和支架有效连接的重要流程。其工艺流程分为清理、打底焊、填充焊接、渗透检测等。焊接结构的优劣、接头质量的好坏，直接影响焊缝的气密性和强度。

小组成员经过讨论，应用系统图对支架焊接漏气问题进行了原因分析，总共分析出了4个末端因素。

针对这4个末端因素，小组制定了相应的要因确认计划，明确了确认标准和方法。

要因确认1，化学成分不合格。小组成员对不合格退厂的筒体、支架进行取样，委托公司试验站进行化学成分分析；同时，公司还委托外部试验部门进行了原材料金相分析。从检测结果来看，原材料的化学成分分析及金相分析与技术要求比对均为合格，判定为非要因。

要因确认2，抗拉强度不合格。小组成员对不合格退厂的筒体、支架进行取样，委托公司试验站进行抗拉强度试验，试验结果均符合技术要求（样本：筒 8ZDK.268.086；支架 5ZDK.043.009）。判定为非要因。

要因确认3，支架与筒体板材厚度差别大。小组成员查看了设计图纸的技术要求：筒体材料（铝板）厚度要求为8mm和支架材料（铝板）厚度要求为16mm，两者相差悬殊。依板材焊接受热变形的基本规律，筒体壁厚与弯板料厚悬殊大，焊接时筒体侧则受热偏多，此处成为影响壳体强度的最薄弱部位。经过小组成员论证，判定此项因素为要因。

要因确认4，支架与筒体接触面小。小组成员对不合格退厂的壳体支架与筒体处的焊缝数据进行计算得出焊接长度为880mm，受力面积仅有7680mm2 ，同时经过仿真软件（ANSYS Workbench），对壳体支架的底架连接处施以两个方向的外力，分析发现支架与筒体的焊缝为应力最大位置，判断此处为薄弱点。小组成员经过论证，判定此项因素为要因。

小组成员经过对末端因素逐项确认，确定了导致壳体支架焊缝开裂的两个主要因素：支架与筒体板材厚度不均、支架与筒体接触面小等。

制定计划，实施对策

根据确认的两个要因，小组通过矩阵分析，选择最佳实施方案，制定了对策表。

对策实施1，原结构中，设计图纸支架厚度采用16mm为行业经验值,相关标准中对支架等零部件无明确要求。小组将支架厚度由16mm改为公司常用规格12mm，并进行了受力分析，从4个直径为22的光孔处施加了水平方向的交变力，进行交变载荷运输颠簸试验，显示支架可承重约1.5吨（而筒体自重仅有55kg），实践证明，能满足生产需要。

改进后，在筒体厚度不改变的情况下，在筒体与支架之间增加了一层过渡板，板厚为8mm,支架厚度采用12mm，不但有效减少了各焊接件间的厚度差，而且减小了热输入不均匀现象，保证了焊接的可靠性。

对策实施2，增加分体式补强板。小组成员通过现场试验模拟，并结合焊接实际，采取如下措施：

1）在支架处增加4件半圆形补强板。补强板紧贴筒体焊接，采用圆弧形；筒体与支架焊接处有一纵焊缝，需避让开，所以一处支架上分别增加两件补强板。一个筒体上安装两件弯板，需增加4件补强板。

2）圆弧半径与筒体外径一致。圆弧半径确定：主母线外壳筒体外径为Φ508mm，为此补强板内径采用R254mm；厚度的确定：考虑到与筒体焊接时受热均匀，补强板厚度采用与筒体板厚一致，采用8mm厚铝板5052-H112；外形尺寸的确定：从增加焊缝长度、受力面积考虑，兼顾壳体安装手孔位置，预定尺寸为宽度130mm，角度为48度。

小组成员对改进后的结构进行了理论验证，将改进前后的相关数据进行了对比分析，焊缝长度及焊接受力面积均提高了55%。将改进后的弯板、筋板、补强板等零部件与筒体进行焊接试制。焊接过程顺利，原有焊接工艺适用于改进后的支架焊接。经检验，焊缝外观满足质量要求，尺寸符合图纸要求。

小组将本次活动的成果经公司审批、入库归档保存，并下发实验。

通过壳体结构改进并实施，壳体支架焊缝开裂漏气问题得到了解决。经统计分析，改进后生产的GIS壳体，发货及安装现场无支架开裂漏气问题的信息反馈。

小组成员总结了PDCA循环的总效果，对GIS壳体缺陷量情况进行了统计分析，半年内仅发生2件壳体轻微缺陷的投诉，且为外观磕碰和尺寸偏差问题，无一例漏气发生。远低于小组目标GIS 壳体缺陷量≤4件/半年。活动目标达成。

这次QC项目中，支架弯板和筋板厚度由16mm改为12mm, 改进后可实现每件材料成本降低82.5元，巩固期内共节约了11550元，加之间接经济效益5万多元，创造年度经济效益9.6万多元。

小组将有效的措施固化成了5项标准文件。

（作者单位：正泰电气股份有限公司）