信息化背景下港口机械金属结构制造质量处理探讨

刘文全

大连港机械有限公司 辽宁 大连 116113

引言

我国绵长的海洋环境为港口事业创造了发展先机，在行业高效发展的今天，港口机械设备的需求量激增，为生产出高质量、高性能、多功能的港口机械设备，制造企业需加强金属结构制造中的质量控制。原先港口机械制造企业在金属结构制造中的质量控制主要为人工模式，控制效率低且效果不佳。信息时代下相关人员需用信息化模式替代人工模式，着力解决港口机械金属结构制造期间的质量问题，保障港口机械中各金属零部件的性能。

1 港口机械金属结构制造典型问题及处理方法

1.1 原材料质量问题和处理方法

1.1.1 麻点板。港口机械中金属结构众多，生产厂家在制造金属结构时对原材料有较高要求，一旦原材料质量不达标，即使采用再规范的制造工艺，也无法保障金属结构的性能。依据实际的制造经验，许多金属结构属钢材材料，在制造期间易发生麻点问题，在钢板轧制、储存期间麻点缺陷的出现频次较高。针对此问题，有关人员可依据麻点深度、面积大小来确定其危害程度。如缺陷深度在板厚20%以上，面积大于板面2%，应更换此钢板，若未超过此数值，通过多次打磨、焊接可直接修复[1]。

1.1.2 分层。港口机械金属结构制造中严禁有分层问题，一旦发生此问题，将影响金属结构的性能。但依据实际的制造经验，分层缺陷十分常见，在分层区域内钢板受荷载的厚度异常低，钢板承载力低，缺陷边缘存在应力集中现象。港口机械设备中金属结构大多为钢板材料，但市场上的钢板材料类型相对较多，实际的制造中检测全部钢板的质量显然不具有可行性。通常情况下，以受拉为主的断裂危险构件、存在Z向性能的钢板在下料之前应由专人实施超声波检测，如检测后钢板各项性能指标与制造要求不一致，严禁继续使用该材料。其他部位所用钢板，下料切割或焊缝无损检测阶段如发现层状缺陷，应由专人进一步分析缺陷的类型及面积，在此基础上制定最优解决方案。

1.1.3 表面裂纹。钢材表面的裂纹缺陷从本质上来看为轧制问题，其裂纹与轧制方向相垂直或者平行。如在制造期间发生了此类缺陷，相关人员需遵循行业标准完成取样工作，检测钢材性能，如力学、化学、金相分析性能符合实际要求，则需要深入分析裂纹的深度、长度与宽度等，通过焊接、修磨来处理。

1.2 下料切割质量问题和处理方法

1.2.1 零件尺寸偏差超标。港口机械金属结构制造中下料切割方面也极易发生质量问题，其中，零件尺寸不达标较为常见，主要是因为制造期间相关人员未严格控制零件长度、宽度所引起，导致零件尺寸不符合实际需求，切割自由边未与板面保持垂直状态，切割结束后钢板存在翘曲等异常现象[2]。如在实际的工作中存在这一缺陷，有关人员需加强零件尺寸控制，选择恰当的处理方法，减小附加应力。

1.2.2 焊缝坡口开设质量不达标。焊缝坡口开设质量不达标的主要表现为焊接坡口尺寸偏差过大，开设坡口的方向不符合实际标准，切割面的光滑性不足，有或大或小的缺口。如在制造中存在此现象，相关人员需通过热切割、机械加工、打磨方式来修复。

1.2.3 厚薄板过渡斜边长斜度超标。港口机械金属结构的制造过程中，对一些特殊部位或者零部件往往有较为特殊的处理规定，如两构件板厚差在6mm以上的对接焊缝、不同板宽之间的对接焊缝，为有效预防应力集中现象，在厚板或宽板上应开设特定大小的过渡斜坡。切割线在6cm以内的斜坡加工中，一般需利用火焰完成切割，但切割操作中有关人员往往未合理控制斜度大小，导致斜度超出标准或者异常小，损坏了母材。针对这一质量缺陷，有关人员需尤其关注过渡斜边的加工，引入机械加工工艺，控制斜度。

1.3 拼板焊接质量问题和处理方法

1.3.1 拼板对接焊缝角变形超差。厂家在制造港口机械金属结构时习惯于利用线能量较大的埋弧焊完成焊接处理，虽然此工艺下能大大提升焊接效果，但因为存在焊缝收缩现象，焊件存在较大的变形。针对此现象，焊接作业结束后有关人员需利用重砣压制火焰，当反面清根结束进入焊接作业时，尤其需关注焊接方向，此方向与第一面方向完全相反。

1.3.2 对接焊缝错位超差。对接焊缝错位超差问题的出现频次也相对较高，此缺陷主要由以下因素所导致：焊前装配阶段有关人员未做好对接处理，错位较大；焊接时存在焊接应力，定位焊开裂失效引发错位。针对这一质量缺陷，可通过以下方式来处理：焊接作业之前开展一系列检验，保障接头对中效果，并检查定位焊长度、数量，实现装配对中；焊接作业结束后，完成碳刨、割除焊缝后，重新制备坡口，再开始装配焊接。

1.3.3 引熄弧板设置不标准，使焊缝端部缺陷。坡口焊缝端部位置因为受引熄弧影响，该位置出现各类缺陷的概率较高。门机金属结构在制造期间、运行期间，如引熄弧设置不当或者未设置，将使引熄弧板与构件连接部位的裂纹现象。为预防此缺陷，在制造期间相关人员必须严格按照设计图纸规定，控制引熄弧板尺寸、引熄弧长度，且确保其与母材材质、厚度与坡口类型等完全一致[3]。

1.4 结构件装配质量问题和处理方法

1.4.1 结构件轴线直线度超差。港口机械的焊接作业结束后，整体轴线在给定平面内易发生直线度超差现象，如在实际的工作中未合理控制此现象，将影响后续的装配作业，导致部分构件的承载力达不到要求。针对此现象，在制造构件期间相关人员需根据实际要求合理设置胎架，并确定装配顺序，选定恰当的焊接工艺。

1.4.2 角焊缝装配间隙太大。金属结构制造期间，由角焊缝连接的构件必须完全贴紧，但根部间隙需控制在5mm以内，一旦钢板厚度在7cm以上，或者型材最大装配间隙为8mm，装配间隙超2mm的焊缝，其焊脚高度也需在原有基础上增大2mm[4]。在制作结构件期间，角焊缝装配间隙超差问题也相对常见，如在实际的工作中超差量异常小，直接通过加衬垫堆焊工艺，并将修整到合适间隙完成焊接操作。但如超差量异常大，焊补作业期间严禁一次焊接成型，以预防此过程中的焊接收缩应力。

1.4.3 定位焊开裂。机械金属结构制造过程中，定位焊焊接材料、焊接情况都必须与正式焊缝完全相同，焊缝高度应为设计高度的2/3，且需将焊缝长度严格控制在1～3cm之间，间距应在0.1～0.3m之间。如在制造过程中定位焊有开裂、夹渣问题，相关人员需立即清除这些部位的残渣或者杂物。

1.4.4 隔板装配质量问题。金属结构制造中的隔板装配质量也有严格要求，具体应从预制质量、构件装配质量的控制出发。在预制隔板期间易出现焊接变形现象，而此问题带来的直接影响为隔板几何尺寸超差。预制阶段应利用靠山完成定位，且相关人员还需借助专业工具，核对对角线、垂直度、外形尺寸等是否能满足相应规定，一般其误差需保持在2mm以内。拼接焊缝两端应增设引熄弧板，按照相应规定完成了焊接处理后进入探伤阶段，同步完成火工校正。如隔板内圈有加强筋，在处理中应先焊接圆弧段，以通过此方式将焊接变形控制在正常范围内。隔板的三、四成型装配阶段，主要需控制隔板与腹板、上下翼板的装配间隙。

1.4.5 结构件细部处理不当。如在金属结构制造中能规范细部处理，就能有效应对连接部位的应力集中现象。根据行业内的相关标准，钢结构细部处理有严苛规定：结构件焊缝到边缘的距离需超1cm，钢板折弯部位与十字街头部位的筋板必须正对折弯线，偏差控制在0.1t以内，且不超3mm[5]。

2 港口机械金属结构制造质量问题处理的在线监测技术

2.1 基于光纤传感技术的应力在线监测方法

港口机械金属结构制造中经常发生应力集中现象，针对此现象相关人员必须合理应用在线监测技术来监测应力情况。光纤光栅在光纤通信、传感、光信息处理方面都有相对成功的应用，本质上来看属于无源滤波器件。光纤光栅的工作原理为：外界入射光与光纤线芯之间存在相互作用，在此作用下光纤线芯折射率有轴向周期性调制现象，构成衍射光栅，一旦一束光直接照射于光栅上，大于等于光纤光栅Bragg条件的波长，此光照将被反射，构成反射光谱。光纤光栅传感技术下，经由光纤直接感知、传输港口机械金属结构的有关信号，因为配备有光纤光栅解调器，由此器件解调后传输到前处理模块，采集完数据后得到应力数据，完成在线监测。

2.2 基于电阻应变的电测技术方法的应力在线监测

信息时代到来后市场上陆续出现了很多新工艺与新技术，在港口机械金属结构制造期间可采用的新技术也相对较多。为减少金属结构制造中的质量问题，相关人员也需利用基于电阻应变的电测技术完成应力的在线监测，及时发现应力异常现象，判定金属结构的制造缺陷。目前机械电子、计算机技术高速发展，这些技术的应用范围持续扩大，在这些技术基础上电阻应变技术也有了新发展，克服了传统技术的诸多限制，如市场上出现的各种专业化电子测试仪器，实现了从原先人工记录到计算机自动监测、采集、处理的转变。当前技术高速发展的过程中合理应用应变电测技术能评估各类工程结构、金属机械设备的应力、受力等情况，得到的结果更为完整和准确，能用于质量评估与处理。应变电测技术的在线监测系统构成复杂，其中主要有应变片、记录仪、应变仪、计算分析设备等，在实际的工作中其系统工作流程为：由传感器完成港口机械金属结构的信号检测，由屏蔽电缆传输采集的信号到达采集仪，经过控制台、网络系统的自动分析输出结果。

2.3 安全评估技术

根据相关研究，政府在1986年成立了中国振动工程学会故障诊断学会。多年来，工业部门多次强调关键设备的维护、管理和检修工作，以消除设备故障，维持设备最佳的运行状态。在医学检测、诊断的启发下，许多技术人员能通过听取机械运转时的声音来判定设备故障，与此同时，借助专业化仪器和设备、现代化监测与诊断技术，能促进设备的全过程监测，密切关注设备声音、振动、温度等，及时发现异常情况并预警。信息技术条件下港口机械金属结构制造中，针对各类质量问题，利用安全评估技术也能取得理想的处理效果，具体来说，技术人员需引入信息技术建立机械结构制造管理系统，在该系统内集成机械结构制造全过程的数据，如其中应包含原材料类别、价格、性能参数、尺寸大小等。另外，系统内还需输入金属结构制造中的质量规定，因为该系统包含自动化控制模块，该模块能自动采集制造过程中的信息，将此信息与质量规定中的强制要求相对比，如存在尺寸偏差等问题，系统能自动发送预警信息，帮助有关人员评估金属结构制造的质量水平，在有较大质量缺陷的情况下立即安排专人来进行专业化处理，以保障及时处理港口机械金属结构制造中的问题，避免质量缺陷处理不及时在后续诱发重大事故。

3 结束语

近年来人们对港口机械制造质量提出了新要求，金属结构制造作为其中的重点和难点，其质量问题频繁发生，造成的危害较大。为从多个方面减少金属结构制造问题，相关人员在当下需合理应用信息化手段，根据质量缺陷类型及原因，采取更有针对性的处理措施。