信息化背景下港口機械金屬結構制造質量處理探討

劉文全

大連港機械有限公司 遼寧 大連 116113

引言

我國綿長的海洋環境為港口事業創造了發展先機，在行業高效發展的今天，港口機械設備的需求量激增，為生產出高質量、高性能、多功能的港口機械設備，制造企業需加強金屬結構制造中的質量控制。原先港口機械制造企業在金屬結構制造中的質量控制主要為人工模式，控制效率低且效果不佳。信息時代下相關人員需用信息化模式替代人工模式，著力解決港口機械金屬結構制造期間的質量問題，保障港口機械中各金屬零部件的性能。

1 港口機械金屬結構制造典型問題及處理方法

1.1 原材料質量問題和處理方法

1.1.1 麻點板。港口機械中金屬結構眾多，生產廠家在制造金屬結構時對原材料有較高要求，一旦原材料質量不達標，即使采用再規范的制造工藝，也無法保障金屬結構的性能。依據實際的制造經驗，許多金屬結構屬鋼材材料，在制造期間易發生麻點問題，在鋼板軋制、儲存期間麻點缺陷的出現頻次較高。針對此問題，有關人員可依據麻點深度、面積大小來確定其危害程度。如缺陷深度在板厚20%以上，面積大于板面2%，應更換此鋼板，若未超過此數值，通過多次打磨、焊接可直接修復[1]。

1.1.2 分層。港口機械金屬結構制造中嚴禁有分層問題，一旦發生此問題，將影響金屬結構的性能。但依據實際的制造經驗，分層缺陷十分常見，在分層區域內鋼板受荷載的厚度異常低，鋼板承載力低，缺陷邊緣存在應力集中現象。港口機械設備中金屬結構大多為鋼板材料，但市場上的鋼板材料類型相對較多，實際的制造中檢測全部鋼板的質量顯然不具有可行性。通常情況下，以受拉為主的斷裂危險構件、存在Z向性能的鋼板在下料之前應由專人實施超聲波檢測，如檢測后鋼板各項性能指標與制造要求不一致，嚴禁繼續使用該材料。其他部位所用鋼板，下料切割或焊縫無損檢測階段如發現層狀缺陷，應由專人進一步分析缺陷的類型及面積，在此基礎上制定最優解決方案。

1.1.3 表面裂紋。鋼材表面的裂紋缺陷從本質上來看為軋制問題，其裂紋與軋制方向相垂直或者平行。如在制造期間發生了此類缺陷，相關人員需遵循行業標準完成取樣工作，檢測鋼材性能，如力學、化學、金相分析性能符合實際要求，則需要深入分析裂紋的深度、長度與寬度等，通過焊接、修磨來處理。

1.2 下料切割質量問題和處理方法

1.2.1 零件尺寸偏差超標。港口機械金屬結構制造中下料切割方面也極易發生質量問題，其中，零件尺寸不達標較為常見，主要是因為制造期間相關人員未嚴格控制零件長度、寬度所引起，導致零件尺寸不符合實際需求，切割自由邊未與板面保持垂直狀態，切割結束后鋼板存在翹曲等異常現象[2]。如在實際的工作中存在這一缺陷，有關人員需加強零件尺寸控制，選擇恰當的處理方法，減小附加應力。

1.2.2 焊縫坡口開設質量不達標。焊縫坡口開設質量不達標的主要表現為焊接坡口尺寸偏差過大，開設坡口的方向不符合實際標準，切割面的光滑性不足，有或大或小的缺口。如在制造中存在此現象，相關人員需通過熱切割、機械加工、打磨方式來修復。

1.2.3 厚薄板過渡斜邊長斜度超標。港口機械金屬結構的制造過程中，對一些特殊部位或者零部件往往有較為特殊的處理規定，如兩構件板厚差在6mm以上的對接焊縫、不同板寬之間的對接焊縫，為有效預防應力集中現象，在厚板或寬板上應開設特定大小的過渡斜坡。切割線在6cm以內的斜坡加工中，一般需利用火焰完成切割，但切割操作中有關人員往往未合理控制斜度大小，導致斜度超出標準或者異常小，損壞了母材。針對這一質量缺陷，有關人員需尤其關注過渡斜邊的加工，引入機械加工工藝，控制斜度。

1.3 拼板焊接質量問題和處理方法

1.3.1 拼板對接焊縫角變形超差。廠家在制造港口機械金屬結構時習慣于利用線能量較大的埋弧焊完成焊接處理，雖然此工藝下能大大提升焊接效果，但因為存在焊縫收縮現象，焊件存在較大的變形。針對此現象，焊接作業結束后有關人員需利用重砣壓制火焰，當反面清根結束進入焊接作業時，尤其需關注焊接方向，此方向與第一面方向完全相反。

1.3.2 對接焊縫錯位超差。對接焊縫錯位超差問題的出現頻次也相對較高，此缺陷主要由以下因素所導致：焊前裝配階段有關人員未做好對接處理，錯位較大；焊接時存在焊接應力，定位焊開裂失效引發錯位。針對這一質量缺陷，可通過以下方式來處理：焊接作業之前開展一系列檢驗，保障接頭對中效果，并檢查定位焊長度、數量，實現裝配對中；焊接作業結束后，完成碳刨、割除焊縫后，重新制備坡口，再開始裝配焊接。

1.3.3 引熄弧板設置不標準，使焊縫端部缺陷。坡口焊縫端部位置因為受引熄弧影響，該位置出現各類缺陷的概率較高。門機金屬結構在制造期間、運行期間，如引熄弧設置不當或者未設置，將使引熄弧板與構件連接部位的裂紋現象。為預防此缺陷，在制造期間相關人員必須嚴格按照設計圖紙規定，控制引熄弧板尺寸、引熄弧長度，且確保其與母材材質、厚度與坡口類型等完全一致[3]。

1.4 結構件裝配質量問題和處理方法

1.4.1 結構件軸線直線度超差。港口機械的焊接作業結束后，整體軸線在給定平面內易發生直線度超差現象，如在實際的工作中未合理控制此現象，將影響后續的裝配作業，導致部分構件的承載力達不到要求。針對此現象，在制造構件期間相關人員需根據實際要求合理設置胎架，并確定裝配順序，選定恰當的焊接工藝。

1.4.2 角焊縫裝配間隙太大。金屬結構制造期間，由角焊縫連接的構件必須完全貼緊，但根部間隙需控制在5mm以內，一旦鋼板厚度在7cm以上，或者型材最大裝配間隙為8mm，裝配間隙超2mm的焊縫，其焊腳高度也需在原有基礎上增大2mm[4]。在制作結構件期間，角焊縫裝配間隙超差問題也相對常見，如在實際的工作中超差量異常小，直接通過加襯墊堆焊工藝，并將修整到合適間隙完成焊接操作。但如超差量異常大，焊補作業期間嚴禁一次焊接成型，以預防此過程中的焊接收縮應力。

1.4.3 定位焊開裂。機械金屬結構制造過程中，定位焊焊接材料、焊接情況都必須與正式焊縫完全相同，焊縫高度應為設計高度的2/3，且需將焊縫長度嚴格控制在1～3cm之間，間距應在0.1～0.3m之間。如在制造過程中定位焊有開裂、夾渣問題，相關人員需立即清除這些部位的殘渣或者雜物。

1.4.4 隔板裝配質量問題。金屬結構制造中的隔板裝配質量也有嚴格要求，具體應從預制質量、構件裝配質量的控制出發。在預制隔板期間易出現焊接變形現象，而此問題帶來的直接影響為隔板幾何尺寸超差。預制階段應利用靠山完成定位，且相關人員還需借助專業工具，核對對角線、垂直度、外形尺寸等是否能滿足相應規定，一般其誤差需保持在2mm以內。拼接焊縫兩端應增設引熄弧板，按照相應規定完成了焊接處理后進入探傷階段，同步完成火工校正。如隔板內圈有加強筋，在處理中應先焊接圓弧段，以通過此方式將焊接變形控制在正常范圍內。隔板的三、四成型裝配階段，主要需控制隔板與腹板、上下翼板的裝配間隙。

1.4.5 結構件細部處理不當。如在金屬結構制造中能規范細部處理，就能有效應對連接部位的應力集中現象。根據行業內的相關標準，鋼結構細部處理有嚴苛規定：結構件焊縫到邊緣的距離需超1cm，鋼板折彎部位與十字街頭部位的筋板必須正對折彎線，偏差控制在0.1t以內，且不超3mm[5]。

2 港口機械金屬結構制造質量問題處理的在線監測技術

2.1 基于光纖傳感技術的應力在線監測方法

港口機械金屬結構制造中經常發生應力集中現象，針對此現象相關人員必須合理應用在線監測技術來監測應力情況。光纖光柵在光纖通信、傳感、光信息處理方面都有相對成功的應用，本質上來看屬于無源濾波器件。光纖光柵的工作原理為：外界入射光與光纖線芯之間存在相互作用，在此作用下光纖線芯折射率有軸向周期性調制現象，構成衍射光柵，一旦一束光直接照射于光柵上，大于等于光纖光柵Bragg條件的波長，此光照將被反射，構成反射光譜。光纖光柵傳感技術下，經由光纖直接感知、傳輸港口機械金屬結構的有關信號，因為配備有光纖光柵解調器，由此器件解調后傳輸到前處理模塊，采集完數據后得到應力數據，完成在線監測。

2.2 基于電阻應變的電測技術方法的應力在線監測

信息時代到來后市場上陸續出現了很多新工藝與新技術，在港口機械金屬結構制造期間可采用的新技術也相對較多。為減少金屬結構制造中的質量問題，相關人員也需利用基于電阻應變的電測技術完成應力的在線監測，及時發現應力異?，F象，判定金屬結構的制造缺陷。目前機械電子、計算機技術高速發展，這些技術的應用范圍持續擴大，在這些技術基礎上電阻應變技術也有了新發展，克服了傳統技術的諸多限制，如市場上出現的各種專業化電子測試儀器，實現了從原先人工記錄到計算機自動監測、采集、處理的轉變。當前技術高速發展的過程中合理應用應變電測技術能評估各類工程結構、金屬機械設備的應力、受力等情況，得到的結果更為完整和準確，能用于質量評估與處理。應變電測技術的在線監測系統構成復雜，其中主要有應變片、記錄儀、應變儀、計算分析設備等，在實際的工作中其系統工作流程為：由傳感器完成港口機械金屬結構的信號檢測，由屏蔽電纜傳輸采集的信號到達采集儀，經過控制臺、網絡系統的自動分析輸出結果。

2.3 安全評估技術

根據相關研究，政府在1986年成立了中國振動工程學會故障診斷學會。多年來，工業部門多次強調關鍵設備的維護、管理和檢修工作，以消除設備故障，維持設備最佳的運行狀態。在醫學檢測、診斷的啟發下，許多技術人員能通過聽取機械運轉時的聲音來判定設備故障，與此同時，借助專業化儀器和設備、現代化監測與診斷技術，能促進設備的全過程監測，密切關注設備聲音、振動、溫度等，及時發現異常情況并預警。信息技術條件下港口機械金屬結構制造中，針對各類質量問題，利用安全評估技術也能取得理想的處理效果，具體來說，技術人員需引入信息技術建立機械結構制造管理系統，在該系統內集成機械結構制造全過程的數據，如其中應包含原材料類別、價格、性能參數、尺寸大小等。另外，系統內還需輸入金屬結構制造中的質量規定，因為該系統包含自動化控制模塊，該模塊能自動采集制造過程中的信息，將此信息與質量規定中的強制要求相對比，如存在尺寸偏差等問題，系統能自動發送預警信息，幫助有關人員評估金屬結構制造的質量水平，在有較大質量缺陷的情況下立即安排專人來進行專業化處理，以保障及時處理港口機械金屬結構制造中的問題，避免質量缺陷處理不及時在后續誘發重大事故。

3 結束語

近年來人們對港口機械制造質量提出了新要求，金屬結構制造作為其中的重點和難點，其質量問題頻繁發生，造成的危害較大。為從多個方面減少金屬結構制造問題，相關人員在當下需合理應用信息化手段，根據質量缺陷類型及原因，采取更有針對性的處理措施。