劉文全

大連港機(jī)械有限公司 遼寧 大連 116113

引言

我國綿長的海洋環(huán)境為港口事業(yè)創(chuàng)造了發(fā)展先機(jī)，在行業(yè)高效發(fā)展的今天，港口機(jī)械設(shè)備的需求量激增，為生產(chǎn)出高質(zhì)量、高性能、多功能的港口機(jī)械設(shè)備，制造企業(yè)需加強(qiáng)金屬結(jié)構(gòu)制造中的質(zhì)量控制。原先港口機(jī)械制造企業(yè)在金屬結(jié)構(gòu)制造中的質(zhì)量控制主要為人工模式，控制效率低且效果不佳。信息時(shí)代下相關(guān)人員需用信息化模式替代人工模式，著力解決港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)制造期間的質(zhì)量問題，保障港口機(jī)械中各金屬零部件的性能。

1 港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)制造典型問題及處理方法

1.1 原材料質(zhì)量問題和處理方法

1.1.1 麻點(diǎn)板。港口機(jī)械中金屬結(jié)構(gòu)眾多，生產(chǎn)廠家在制造金屬結(jié)構(gòu)時(shí)對原材料有較高要求，一旦原材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，即使采用再規(guī)范的制造工藝，也無法保障金屬結(jié)構(gòu)的性能。依據(jù)實(shí)際的制造經(jīng)驗(yàn)，許多金屬結(jié)構(gòu)屬鋼材材料，在制造期間易發(fā)生麻點(diǎn)問題，在鋼板軋制、儲(chǔ)存期間麻點(diǎn)缺陷的出現(xiàn)頻次較高。針對此問題，有關(guān)人員可依據(jù)麻點(diǎn)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(yīng)更換此鋼板，若未超過此數(shù)值，通過多次打磨、焊接可直接修復(fù)[1]。

1.1.2 分層。港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)制造中嚴(yán)禁有分層問題，一旦發(fā)生此問題，將影響金屬結(jié)構(gòu)的性能。但依據(jù)實(shí)際的制造經(jīng)驗(yàn)，分層缺陷十分常見，在分層區(qū)域內(nèi)鋼板受荷載的厚度異常低，鋼板承載力低，缺陷邊緣存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。港口機(jī)械設(shè)備中金屬結(jié)構(gòu)大多為鋼板材料，但市場上的鋼板材料類型相對較多，實(shí)際的制造中檢測全部鋼板的質(zhì)量顯然不具有可行性。通常情況下，以受拉為主的斷裂危險(xiǎn)構(gòu)件、存在Z向性能的鋼板在下料之前應(yīng)由專人實(shí)施超聲波檢測，如檢測后鋼板各項(xiàng)性能指標(biāo)與制造要求不一致，嚴(yán)禁繼續(xù)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(fā)現(xiàn)層狀缺陷，應(yīng)由專人進(jìn)一步分析缺陷的類型及面積，在此基礎(chǔ)上制定最優(yōu)解決方案。

1.1.3 表面裂紋。鋼材表面的裂紋缺陷從本質(zhì)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(fā)生了此類缺陷，相關(guān)人員需遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成取樣工作，檢測鋼材性能，如力學(xué)、化學(xué)、金相分析性能符合實(shí)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(zhì)量問題和處理方法

1.2.1 零件尺寸偏差超標(biāo)。港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)制造中下料切割方面也極易發(fā)生質(zhì)量問題，其中，零件尺寸不達(dá)標(biāo)較為常見，主要是因?yàn)橹圃炱陂g相關(guān)人員未嚴(yán)格控制零件長度、寬度所引起，導(dǎo)致零件尺寸不符合實(shí)際需求，切割自由邊未與板面保持垂直狀態(tài)，切割結(jié)束后鋼板存在翹曲等異?，F(xiàn)象[2]。如在實(shí)際的工作中存在這一缺陷，有關(guān)人員需加強(qiáng)零件尺寸控制，選擇恰當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǎ瑴p小附加應(yīng)力。

1.2.2 焊縫坡口開設(shè)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。焊縫坡口開設(shè)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的主要表現(xiàn)為焊接坡口尺寸偏差過大，開設(shè)坡口的方向不符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)象，相關(guān)人員需通過熱切割、機(jī)械加工、打磨方式來修復(fù)。

1.2.3 厚薄板過渡斜邊長斜度超標(biāo)。港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)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(guī)定，如兩構(gòu)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(yù)防應(yīng)力集中現(xiàn)象，在厚板或?qū)挵迳蠎?yīng)開設(shè)特定大小的過渡斜坡。切割線在6cm以內(nèi)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(guān)人員往往未合理控制斜度大小，導(dǎo)致斜度超出標(biāo)準(zhǔn)或者異常小，損壞了母材。針對這一質(zhì)量缺陷，有關(guān)人員需尤其關(guān)注過渡斜邊的加工，引入機(jī)械加工工藝，控制斜度。

1.3 拼板焊接質(zhì)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(jī)械金屬結(jié)構(gòu)時(shí)習(xí)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?yàn)榇嬖诤缚p收縮現(xiàn)象，焊件存在較大的變形。針對此現(xiàn)象，焊接作業(yè)結(jié)束后有關(guān)人員需利用重砣壓制火焰，當(dāng)反面清根結(jié)束進(jìn)入焊接作業(yè)時(shí)，尤其需關(guān)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(cuò)位超差。對接焊縫錯(cuò)位超差問題的出現(xiàn)頻次也相對較高，此缺陷主要由以下因素所導(dǎo)致：焊前裝配階段有關(guān)人員未做好對接處理，錯(cuò)位較大；焊接時(shí)存在焊接應(yīng)力，定位焊開裂失效引發(fā)錯(cuò)位。針對這一質(zhì)量缺陷，可通過以下方式來處理：焊接作業(yè)之前開展一系列檢驗(yàn)，保障接頭對中效果，并檢查定位焊長度、數(shù)量，實(shí)現(xiàn)裝配對中；焊接作業(yè)結(jié)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(shè)置不標(biāo)準(zhǔn)，使焊縫端部缺陷。坡口焊縫端部位置因?yàn)槭芤ɑ∮绊懀撐恢贸霈F(xiàn)各類缺陷的概率較高。門機(jī)金屬結(jié)構(gòu)在制造期間、運(yùn)行期間，如引熄弧設(shè)置不當(dāng)或者未設(shè)置，將使引熄弧板與構(gòu)件連接部位的裂紋現(xiàn)象。為預(yù)防此缺陷，在制造期間相關(guān)人員必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定，控制引熄弧板尺寸、引熄弧長度，且確保其與母材材質(zhì)、厚度與坡口類型等完全一致[3]。

1.4 結(jié)構(gòu)件裝配質(zhì)量問題和處理方法

1.4.1 結(jié)構(gòu)件軸線直線度超差。港口機(jī)械的焊接作業(yè)結(jié)束后，整體軸線在給定平面內(nèi)易發(fā)生直線度超差現(xiàn)象，如在實(shí)際的工作中未合理控制此現(xiàn)象，將影響后續(xù)的裝配作業(yè)，導(dǎo)致部分構(gòu)件的承載力達(dá)不到要求。針對此現(xiàn)象，在制造構(gòu)件期間相關(guān)人員需根據(jù)實(shí)際要求合理設(shè)置胎架，并確定裝配順序，選定恰當(dāng)?shù)暮附庸に嚒?/p>

1.4.2 角焊縫裝配間隙太大。金屬結(jié)構(gòu)制造期間，由角焊縫連接的構(gòu)件必須完全貼緊，但根部間隙需控制在5mm以內(nèi)，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(chǔ)上增大2mm[4]。在制作結(jié)構(gòu)件期間，角焊縫裝配間隙超差問題也相對常見，如在實(shí)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(bǔ)作業(yè)期間嚴(yán)禁一次焊接成型，以預(yù)防此過程中的焊接收縮應(yīng)力。

1.4.3 定位焊開裂。機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)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(yīng)為設(shè)計(jì)高度的2/3，且需將焊縫長度嚴(yán)格控制在1～3cm之間，間距應(yīng)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(guān)人員需立即清除這些部位的殘?jiān)蛘唠s物。

1.4.4 隔板裝配質(zhì)量問題。金屬結(jié)構(gòu)制造中的隔板裝配質(zhì)量也有嚴(yán)格要求，具體應(yīng)從預(yù)制質(zhì)量、構(gòu)件裝配質(zhì)量的控制出發(fā)。在預(yù)制隔板期間易出現(xiàn)焊接變形現(xiàn)象，而此問題帶來的直接影響為隔板幾何尺寸超差。預(yù)制階段應(yīng)利用靠山完成定位，且相關(guān)人員還需借助專業(yè)工具，核對對角線、垂直度、外形尺寸等是否能滿足相應(yīng)規(guī)定，一般其誤差需保持在2mm以內(nèi)。拼接焊縫兩端應(yīng)增設(shè)引熄弧板，按照相應(yīng)規(guī)定完成了焊接處理后進(jìn)入探傷階段，同步完成火工校正。如隔板內(nèi)圈有加強(qiáng)筋，在處理中應(yīng)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(nèi)。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(jié)構(gòu)件細(xì)部處理不當(dāng)。如在金屬結(jié)構(gòu)制造中能規(guī)范細(xì)部處理，就能有效應(yīng)對連接部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象。根據(jù)行業(yè)內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部處理有嚴(yán)苛規(guī)定：結(jié)構(gòu)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(nèi)，且不超3mm[5]。

2 港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量問題處理的在線監(jiān)測技術(shù)

2.1 基于光纖傳感技術(shù)的應(yīng)力在線監(jiān)測方法

港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)制造中經(jīng)常發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，針對此現(xiàn)象相關(guān)人員必須合理應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)來監(jiān)測應(yīng)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(yīng)用，本質(zhì)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(diào)制現(xiàn)象，構(gòu)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(gòu)成反射光譜。光纖光柵傳感技術(shù)下，經(jīng)由光纖直接感知、傳輸港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的有關(guān)信號(hào)，因?yàn)榕鋫溆泄饫w光柵解調(diào)器，由此器件解調(diào)后傳輸?shù)角疤幚砟K，采集完數(shù)據(jù)后得到應(yīng)力數(shù)據(jù)，完成在線監(jiān)測。

2.2 基于電阻應(yīng)變的電測技術(shù)方法的應(yīng)力在線監(jiān)測

信息時(shí)代到來后市場上陸續(xù)出現(xiàn)了很多新工藝與新技術(shù)，在港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)制造期間可采用的新技術(shù)也相對較多。為減少金屬結(jié)構(gòu)制造中的質(zhì)量問題，相關(guān)人員也需利用基于電阻應(yīng)變的電測技術(shù)完成應(yīng)力的在線監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)力異?，F(xiàn)象，判定金屬結(jié)構(gòu)的制造缺陷。目前機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，這些技術(shù)的應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大，在這些技術(shù)基礎(chǔ)上電阻應(yīng)變技術(shù)也有了新發(fā)展，克服了傳統(tǒng)技術(shù)的諸多限制，如市場上出現(xiàn)的各種專業(yè)化電子測試儀器，實(shí)現(xiàn)了從原先人工記錄到計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)測、采集、處理的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前技術(shù)高速發(fā)展的過程中合理應(yīng)用應(yīng)變電測技術(shù)能評估各類工程結(jié)構(gòu)、金屬機(jī)械設(shè)備的應(yīng)力、受力等情況，得到的結(jié)果更為完整和準(zhǔn)確，能用于質(zhì)量評估與處理。應(yīng)變電測技術(shù)的在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，其中主要有應(yīng)變片、記錄儀、應(yīng)變儀、計(jì)算分析設(shè)備等，在實(shí)際的工作中其系統(tǒng)工作流程為：由傳感器完成港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)的信號(hào)檢測，由屏蔽電纜傳輸采集的信號(hào)到達(dá)采集儀，經(jīng)過控制臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的自動(dòng)分析輸出結(jié)果。

2.3 安全評估技術(shù)

根據(jù)相關(guān)研究，政府在1986年成立了中國振動(dòng)工程學(xué)會(huì)故障診斷學(xué)會(huì)。多年來，工業(yè)部門多次強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵設(shè)備的維護(hù)、管理和檢修工作，以消除設(shè)備故障，維持設(shè)備最佳的運(yùn)行狀態(tài)。在醫(yī)學(xué)檢測、診斷的啟發(fā)下，許多技術(shù)人員能通過聽取機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的聲音來判定設(shè)備故障，與此同時(shí)，借助專業(yè)化儀器和設(shè)備、現(xiàn)代化監(jiān)測與診斷技術(shù)，能促進(jìn)設(shè)備的全過程監(jiān)測，密切關(guān)注設(shè)備聲音、振動(dòng)、溫度等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并預(yù)警。信息技術(shù)條件下港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)制造中，針對各類質(zhì)量問題，利用安全評估技術(shù)也能取得理想的處理效果，具體來說，技術(shù)人員需引入信息技術(shù)建立機(jī)械結(jié)構(gòu)制造管理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)集成機(jī)械結(jié)構(gòu)制造全過程的數(shù)據(jù)，如其中應(yīng)包含原材料類別、價(jià)格、性能參數(shù)、尺寸大小等。另外，系統(tǒng)內(nèi)還需輸入金屬結(jié)構(gòu)制造中的質(zhì)量規(guī)定，因?yàn)樵撓到y(tǒng)包含自動(dòng)化控制模塊，該模塊能自動(dòng)采集制造過程中的信息，將此信息與質(zhì)量規(guī)定中的強(qiáng)制要求相對比，如存在尺寸偏差等問題，系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)送預(yù)警信息，幫助有關(guān)人員評估金屬結(jié)構(gòu)制造的質(zhì)量水平，在有較大質(zhì)量缺陷的情況下立即安排專人來進(jìn)行專業(yè)化處理，以保障及時(shí)處理港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)制造中的問題，避免質(zhì)量缺陷處理不及時(shí)在后續(xù)誘發(fā)重大事故。

3 結(jié)束語

近年來人們對港口機(jī)械制造質(zhì)量提出了新要求，金屬結(jié)構(gòu)制造作為其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其質(zhì)量問題頻繁發(fā)生，造成的危害較大。為從多個(gè)方面減少金屬結(jié)構(gòu)制造問題，相關(guān)人員在當(dāng)下需合理應(yīng)用信息化手段，根據(jù)質(zhì)量缺陷類型及原因，采取更有針對性的處理措施。