探究船体建造中焊接质量检验的控制要点

高闻泽 韩兆波 孙思东

摘 要：船体焊接质量检验是利用技术方法来测试或确保焊缝质量，其次是确认焊缝的位置和覆盖范围。在船体制造中，焊缝用于连接两个或多个金属表面。由于这些连接可能会在产品使用期间受到负载的影响，如果不按照适当的规格进行检验，有可能会影响船体的整体质量。本文对船体建造中焊接质量检验的控制要点进行了总结和分析，旨在进一步提升船舶制造的质量。

关键词：船体建造；焊接；质量检验；控制要点

无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。为了检查机械性能，必须从焊接产品中取样。因此，在船体建造中，必须从一开始就建立质量检验机制。

1.焊接质量检验的重要性

有许多适用于焊接工作的规范和标准。这些标准确保了焊接的质量和效率。大多数公司要求既要保证焊接质量又要保证计划。

焊接质量不容易进行检验。此外，焊接过程受到许多变量的影响，例如拉伸强度、延展性、气体和消耗类型、电弧电压等，这增加了焊接的复杂性。必须对这些变量进行仔细监控，以获得高质量的结果，并且焊接质量控制必须具有方法性和精确性。检验焊接质量需要经验丰富且合格的焊接检验员以及健全的质量保证程序。

在船体建造中，焊接质量检验失败会对工作场所的安全以及环境造成灾难性影响。除了由此产生的责任外，企业还将面临由于制造故障、昂贵维修费用或设备更换造成的重大财务损失。通过聘请合格的焊接检验员并使用认可的焊接质量保证计划，可以将焊接失败相关的风险和经济损失降至最低。

2.焊接测试和分析

焊接测试和分析的方法用于确保焊接完成后的质量和焊接的正确性。焊接测试通常指的是侧重于焊缝质量和强度的测试和分析，有时也指用来检查焊缝位置和范围的技术措施。焊接测试方法分为破坏性和非破坏性两种类型。破坏性测试包括宏观蚀刻测试、角焊缝断裂测试、横向拉伸测试以及引导弯曲测试等。其他破坏性方法包括酸蚀刻测试、背弯曲测试、拉伸强度断裂测试、缺口断裂测试和自由弯曲测试等。非破坏性方法包括荧光渗透测试、磁通测试、涡流（电磁）测试、水压测试、使用磁性粒子的测试、X射线和基于伽玛射线的方法和声发射技术。其他方法还包括铁素体和硬度测试。

3.焊接质量检验方法

3.1透视法

基于X射线的焊接检查可以手动操作，由检查员在X射线的图像或视频上执行，或者使用机器视觉自动执行。

3.2可见光成像

可见光成像检查可以手动操作，由检查员使用成像设备进行或者使用机器视觉自动进行。由于焊缝和工件之间的相似性提供了很小的固有对比度，因此后者通常需要简单成像以外的其他操作方法。

3.3基于超声波和声学的方法

超声波测试的原理是焊缝中的缺陷会改变超声波通过金属的传播。一种常见的方法是使用单探头超声波测试，这一过程涉及操作员对示波器型屏幕的监控。另一种方式是使用二维超声波传感器阵列。传统的相控阵和飞行时间衍射（TOFD）方法可以结合到同一件测试设备中。声发射方法可监测由焊接载荷或弯曲产生的声音。

4.焊接监控

焊接监控方法用于确保焊接过程中焊接的质量和正确性。焊接监控通常是以焊接质量为目的的自动监控，其次用于过程控制目的，例如基于视觉的机器人引导。在焊接过程中也进行可视化焊接监控。

在船体建造中，焊接监控的目标是改善船体的质量、耐用性和安全性，通过避免产品召回，解决由于次优焊接引起的大部分系统性质量问题而节省成本。自动焊接过程进行实时监控，可以缩减生产停机时间，并且可以减少产品返工和召回的需求。工业监控系统鼓励高生产率并降低废品成本。

4.1内联相干成像

内联相干成像（ICI）是最近开发的基于光学相干层析成像技术的干涉测量技术，用于锁孔激光束焊接的質量保证，这种焊接方法在船体建造产业中越来越受欢迎。ICI的工作原理是通过与主焊接激光器相同的光路瞄准低功率宽带光源使光束进入焊缝的钥匙孔，并通过钥匙孔的底部反射回头部光学器件。通过将反射光与已经行进通过已知距离的路径的单独光束组合产生干涉图案。然后分析该干涉图案以获得钥匙孔深度的精确测量。由于这些测量是实时采集的，ICI也可用于调制激光器输出功率，并在反馈回路中使用深度测量来控制激光穿透深度。

4.2签名图像处理方法

签名图像处理（SIP）是分析焊接过程中电子数据的技术。SIP允许实时识别焊接故障，测量焊接工艺的稳定性，并实现焊接工艺的优化。

通过用适当的图像处理将它们作为相空间肖像签名来处理采样数据块的方法。通常，从GMAW脉冲或短弧焊接过程中采集一秒的采样焊接电压和电流数据。数据转换为二维直方图，并执行信号处理操作，如图像平滑。

一种基于社会科学统计方法分析焊接特征的技术，如主成分分析。焊接电压和电流之间的关系反映了焊接过程的状态。使用主成分分析定量比较签名允许签名图像的扩散，使得故障能够被检测到并被识别。该系统包括适用于个人计算机上的实时焊接分析的算法和数学，以及多维优化使用实验焊接数据的故障检测性能。在焊缝中实时比较特征图像提供了对焊接过程稳定性的有效估计。通过对过程的物理参数发生变化时的签名图像进行比较，“通过弧度”的感应可以导致定量估计，例如焊缝位置。

与记录信息供以后研究或使用X射线或超声检查样本的系统不同，SIP技术可以查看电信号，并在发生故障时检测故障。4000个电子数据点的数据块每秒收集四次并转换为签名图像。在图像处理操作之后，签名的统计分析提供了对焊接过程的定量评估，揭示了其稳定性和可重复性，并提供了故障检测和过程诊断。

5.结语

要确保船体焊接的质量，就必须明确焊接质量控制的重要性，在焊接前做好相应的准备工作，在焊接的过程中选择合理技术方案，对焊接的各个环节进行质量监控，在焊接完成后做好质量验收等工作，并不断提升相关人员的专业技能，为船舶的整体质量控制奠定良好的基础，提高船舶的安全性和实用性。

参考文献

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

（作者单位：1 大连海运重工集团有限公司；

2 大连长兴岛安全技术服务中心；3 盘锦凯瑞能源有限公司）