探究船體建造中焊接質量檢驗的控制要點

高聞澤 韓兆波 孫思東

摘 要：船體焊接質量檢驗是利用技術方法來測試或確保焊縫質量，其次是確認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品使用期間受到負載的影響，如果不按照適當的規格進行檢驗，有可能會影響船體的整體質量。本文對船體建造中焊接質量檢驗的控制要點進行了總結和分析，旨在進一步提升船舶制造的質量。

關鍵詞：船體建造；焊接；質量檢驗；控制要點

無損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態的前提下，對被檢驗部件的表面和內部質量進行檢查的一種測試手段。為了檢查機械性能，必須從焊接產品中取樣。因此，在船體建造中，必須從一開始就建立質量檢驗機制。

1.焊接質量檢驗的重要性

有許多適用于焊接工作的規范和標準。這些標準確保了焊接的質量和效率。大多數公司要求既要保證焊接質量又要保證計劃。

焊接質量不容易進行檢驗。此外，焊接過程受到許多變量的影響，例如拉伸強度、延展性、氣體和消耗類型、電弧電壓等，這增加了焊接的復雜性。必須對這些變量進行仔細監控，以獲得高質量的結果，并且焊接質量控制必須具有方法性和精確性。檢驗焊接質量需要經驗豐富且合格的焊接檢驗員以及健全的質量保證程序。

在船體建造中，焊接質量檢驗失敗會對工作場所的安全以及環境造成災難性影響。除了由此產生的責任外，企業還將面臨由于制造故障、昂貴維修費用或設備更換造成的重大財務損失。通過聘請合格的焊接檢驗員并使用認可的焊接質量保證計劃，可以將焊接失敗相關的風險和經濟損失降至最低。

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量和焊接的正確性。焊接測試通常指的是側重于焊縫質量和強度的測試和分析，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射技術。其他方法還包括鐵素體和硬度測試。

3.焊接質量檢驗方法

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行，或者使用機器視覺自動執行。

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備進行或者使用機器視覺自動進行。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控。另一種方式是使用二維超聲波傳感器陣列。傳統的相控陣和飛行時間衍射（TOFD）方法可以結合到同一件測試設備中。聲發射方法可監測由焊接載荷或彎曲產生的聲音。

4.焊接監控

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

在船體建造中，焊接監控的目標是改善船體的質量、耐用性和安全性，通過避免產品召回，解決由于次優焊接引起的大部分系統性質量問題而節省成本。自動焊接過程進行實時監控，可以縮減生產停機時間，并且可以減少產品返工和召回的需求。工業監控系統鼓勵高生產率并降低廢品成本。

4.1內聯相干成像

內聯相干成像（ICI）是最近開發的基于光學相干層析成像技術的干涉測量技術，用于鎖孔激光束焊接的質量保證，這種焊接方法在船體建造產業中越來越受歡迎。ICI的工作原理是通過與主焊接激光器相同的光路瞄準低功率寬帶光源使光束進入焊縫的鑰匙孔，并通過鑰匙孔的底部反射回頭部光學器件。通過將反射光與已經行進通過已知距離的路徑的單獨光束組合產生干涉圖案。然后分析該干涉圖案以獲得鑰匙孔深度的精確測量。由于這些測量是實時采集的，ICI也可用于調制激光器輸出功率，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據的技術。SIP允許實時識別焊接故障，測量焊接工藝的穩定性，并實現焊接工藝的優化。

通過用適當的圖像處理將它們作為相空間肖像簽名來處理采樣數據塊的方法。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據。數據轉換為二維直方圖，并執行信號處理操作，如圖像平滑。

一種基于社會科學統計方法分析焊接特征的技術，如主成分分析。焊接電壓和電流之間的關系反映了焊接過程的狀態。使用主成分分析定量比較簽名允許簽名圖像的擴散，使得故障能夠被檢測到并被識別。該系統包括適用于個人計算機上的實時焊接分析的算法和數學，以及多維優化使用實驗焊接數據的故障檢測性能。在焊縫中實時比較特征圖像提供了對焊接過程穩定性的有效估計。通過對過程的物理參數發生變化時的簽名圖像進行比較，“通過弧度”的感應可以導致定量估計，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不同，SIP技術可以查看電信號，并在發生故障時檢測故障。4000個電子數據點的數據塊每秒收集四次并轉換為簽名圖像。在圖像處理操作之后，簽名的統計分析提供了對焊接過程的定量評估，揭示了其穩定性和可重復性，并提供了故障檢測和過程診斷。

5.結語

要確保船體焊接的質量，就必須明確焊接質量控制的重要性，在焊接前做好相應的準備工作，在焊接的過程中選擇合理技術方案，對焊接的各個環節進行質量監控，在焊接完成后做好質量驗收等工作，并不斷提升相關人員的專業技能，為船舶的整體質量控制奠定良好的基礎，提高船舶的安全性和實用性。

參考文獻

[1]陸俊帕.船舶建造質量檢驗[M].哈爾濱工程大學出版社，2016：94-96.

[2]姜錫瑞.造船焊接與切割技術[M].哈爾濱工程大學出版社，2016：45-46.

[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 大連海運重工集團有限公司；

2 大連長興島安全技術服務中心；3 盤錦凱瑞能源有限公司）