探究船體建造中焊接質(zhì)量檢驗(yàn)的控制要點(diǎn)

高聞澤 韓兆波 孫思東

摘 要：船體焊接質(zhì)量檢驗(yàn)是利用技術(shù)方法來測試或確保焊縫質(zhì)量，其次是確認(rèn)焊縫的位置和覆蓋范圍。在船體制造中，焊縫用于連接兩個或多個金屬表面。由于這些連接可能會在產(chǎn)品使用期間受到負(fù)載的影響，如果不按照適當(dāng)?shù)囊?guī)格進(jìn)行檢驗(yàn)，有可能會影響船體的整體質(zhì)量。本文對船體建造中焊接質(zhì)量檢驗(yàn)的控制要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和分析，旨在進(jìn)一步提升船舶制造的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：船體建造；焊接；質(zhì)量檢驗(yàn)；控制要點(diǎn)

無損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對被檢驗(yàn)部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種測試手段。為了檢查機(jī)械性能，必須從焊接產(chǎn)品中取樣。因此，在船體建造中，必須從一開始就建立質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)制。

1.焊接質(zhì)量檢驗(yàn)的重要性

有許多適用于焊接工作的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)確保了焊接的質(zhì)量和效率。大多數(shù)公司要求既要保證焊接質(zhì)量又要保證計(jì)劃。

焊接質(zhì)量不容易進(jìn)行檢驗(yàn)。此外，焊接過程受到許多變量的影響，例如拉伸強(qiáng)度、延展性、氣體和消耗類型、電弧電壓等，這增加了焊接的復(fù)雜性。必須對這些變量進(jìn)行仔細(xì)監(jiān)控，以獲得高質(zhì)量的結(jié)果，并且焊接質(zhì)量控制必須具有方法性和精確性。檢驗(yàn)焊接質(zhì)量需要經(jīng)驗(yàn)豐富且合格的焊接檢驗(yàn)員以及健全的質(zhì)量保證程序。

在船體建造中，焊接質(zhì)量檢驗(yàn)失敗會對工作場所的安全以及環(huán)境造成災(zāi)難性影響。除了由此產(chǎn)生的責(zé)任外，企業(yè)還將面臨由于制造故障、昂貴維修費(fèi)用或設(shè)備更換造成的重大財(cái)務(wù)損失。通過聘請合格的焊接檢驗(yàn)員并使用認(rèn)可的焊接質(zhì)量保證計(jì)劃，可以將焊接失敗相關(guān)的風(fēng)險和經(jīng)濟(jì)損失降至最低。

2.焊接測試和分析

焊接測試和分析的方法用于確保焊接完成后的質(zhì)量和焊接的正確性。焊接測試通常指的是側(cè)重于焊縫質(zhì)量和強(qiáng)度的測試和分析，有時也指用來檢查焊縫位置和范圍的技術(shù)措施。焊接測試方法分為破壞性和非破壞性兩種類型。破壞性測試包括宏觀蝕刻測試、角焊縫斷裂測試、橫向拉伸測試以及引導(dǎo)彎曲測試等。其他破壞性方法包括酸蝕刻測試、背彎曲測試、拉伸強(qiáng)度斷裂測試、缺口斷裂測試和自由彎曲測試等。非破壞性方法包括熒光滲透測試、磁通測試、渦流（電磁）測試、水壓測試、使用磁性粒子的測試、X射線和基于伽瑪射線的方法和聲發(fā)射技術(shù)。其他方法還包括鐵素體和硬度測試。

3.焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方法

3.1透視法

基于X射線的焊接檢查可以手動操作，由檢查員在X射線的圖像或視頻上執(zhí)行，或者使用機(jī)器視覺自動執(zhí)行。

3.2可見光成像

可見光成像檢查可以手動操作，由檢查員使用成像設(shè)備進(jìn)行或者使用機(jī)器視覺自動進(jìn)行。由于焊縫和工件之間的相似性提供了很小的固有對比度，因此后者通常需要簡單成像以外的其他操作方法。

3.3基于超聲波和聲學(xué)的方法

超聲波測試的原理是焊縫中的缺陷會改變超聲波通過金屬的傳播。一種常見的方法是使用單探頭超聲波測試，這一過程涉及操作員對示波器型屏幕的監(jiān)控。另一種方式是使用二維超聲波傳感器陣列。傳統(tǒng)的相控陣和飛行時間衍射（TOFD）方法可以結(jié)合到同一件測試設(shè)備中。聲發(fā)射方法可監(jiān)測由焊接載荷或彎曲產(chǎn)生的聲音。

4.焊接監(jiān)控

焊接監(jiān)控方法用于確保焊接過程中焊接的質(zhì)量和正確性。焊接監(jiān)控通常是以焊接質(zhì)量為目的的自動監(jiān)控，其次用于過程控制目的，例如基于視覺的機(jī)器人引導(dǎo)。在焊接過程中也進(jìn)行可視化焊接監(jiān)控。

在船體建造中，焊接監(jiān)控的目標(biāo)是改善船體的質(zhì)量、耐用性和安全性，通過避免產(chǎn)品召回，解決由于次優(yōu)焊接引起的大部分系統(tǒng)性質(zhì)量問題而節(jié)省成本。自動焊接過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，可以縮減生產(chǎn)停機(jī)時間，并且可以減少產(chǎn)品返工和召回的需求。工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)鼓勵高生產(chǎn)率并降低廢品成本。

4.1內(nèi)聯(lián)相干成像

內(nèi)聯(lián)相干成像（ICI）是最近開發(fā)的基于光學(xué)相干層析成像技術(shù)的干涉測量技術(shù)，用于鎖孔激光束焊接的質(zhì)量保證，這種焊接方法在船體建造產(chǎn)業(yè)中越來越受歡迎。ICI的工作原理是通過與主焊接激光器相同的光路瞄準(zhǔn)低功率寬帶光源使光束進(jìn)入焊縫的鑰匙孔，并通過鑰匙孔的底部反射回頭部光學(xué)器件。通過將反射光與已經(jīng)行進(jìn)通過已知距離的路徑的單獨(dú)光束組合產(chǎn)生干涉圖案。然后分析該干涉圖案以獲得鑰匙孔深度的精確測量。由于這些測量是實(shí)時采集的，ICI也可用于調(diào)制激光器輸出功率，并在反饋回路中使用深度測量來控制激光穿透深度。

4.2簽名圖像處理方法

簽名圖像處理（SIP）是分析焊接過程中電子數(shù)據(jù)的技術(shù)。SIP允許實(shí)時識別焊接故障，測量焊接工藝的穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)焊接工藝的優(yōu)化。

通過用適當(dāng)?shù)膱D像處理將它們作為相空間肖像簽名來處理采樣數(shù)據(jù)塊的方法。通常，從GMAW脈沖或短弧焊接過程中采集一秒的采樣焊接電壓和電流數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維直方圖，并執(zhí)行信號處理操作，如圖像平滑。

一種基于社會科學(xué)統(tǒng)計(jì)方法分析焊接特征的技術(shù)，如主成分分析。焊接電壓和電流之間的關(guān)系反映了焊接過程的狀態(tài)。使用主成分分析定量比較簽名允許簽名圖像的擴(kuò)散，使得故障能夠被檢測到并被識別。該系統(tǒng)包括適用于個人計(jì)算機(jī)上的實(shí)時焊接分析的算法和數(shù)學(xué)，以及多維優(yōu)化使用實(shí)驗(yàn)焊接數(shù)據(jù)的故障檢測性能。在焊縫中實(shí)時比較特征圖像提供了對焊接過程穩(wěn)定性的有效估計(jì)。通過對過程的物理參數(shù)發(fā)生變化時的簽名圖像進(jìn)行比較，“通過弧度”的感應(yīng)可以導(dǎo)致定量估計(jì)，例如焊縫位置。

與記錄信息供以后研究或使用X射線或超聲檢查樣本的系統(tǒng)不同，SIP技術(shù)可以查看電信號，并在發(fā)生故障時檢測故障。4000個電子數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)塊每秒收集四次并轉(zhuǎn)換為簽名圖像。在圖像處理操作之后，簽名的統(tǒng)計(jì)分析提供了對焊接過程的定量評估，揭示了其穩(wěn)定性和可重復(fù)性，并提供了故障檢測和過程診斷。

5.結(jié)語

要確保船體焊接的質(zhì)量，就必須明確焊接質(zhì)量控制的重要性，在焊接前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，在焊接的過程中選擇合理技術(shù)方案，對焊接的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，在焊接完成后做好質(zhì)量驗(yàn)收等工作，并不斷提升相關(guān)人員的專業(yè)技能，為船舶的整體質(zhì)量控制奠定良好的基礎(chǔ)，提高船舶的安全性和實(shí)用性。

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[8]陳建波，羅宇，龍哲.大力推行高效焊[N].中船重工，2015（12）：7-9.

（作者單位：1 大連海運(yùn)重工集團(tuán)有限公司；

2 大連長興島安全技術(shù)服務(wù)中心；3 盤錦凱瑞能源有限公司）