海洋工程無損檢測(cè)的特點(diǎn)分析

張曙光，邵建華

（1.中興海陸工程有限公司，廣東東莞523000；2.上海船舶工藝研究所，上海200032）

0 引言

海洋工程從廣義上說，所有涉及與海洋環(huán)境有關(guān)的工程都可以歸納為海洋工程的范疇。如海洋平臺(tái)、系泊系統(tǒng)、海底管線以及其它開發(fā)海洋資源的設(shè)備和工程建筑（如陸地終端處理系統(tǒng)、海上風(fēng)力發(fā)電）?？蓪?duì)于船舶工業(yè)系統(tǒng)來說，可以分為兩個(gè)方面：海洋平臺(tái)和海洋工程船舶。

海洋平臺(tái)可以分為兩類：一類是移動(dòng)式平臺(tái)，如坐底式平臺(tái)、自升式平臺(tái)、半潛式平臺(tái)；另一類是固定式平臺(tái)，如導(dǎo)管架平臺(tái)、張力腿式平臺(tái)、重力式平臺(tái)。而系泊系統(tǒng)主要是指浮式儲(chǔ)油輪的海上系泊單點(diǎn)結(jié)構(gòu)。海底管線是指海上輸送油、氣、水管線，一般分為雙層管和單層管兩種。這些海洋工程結(jié)構(gòu)及其設(shè)備基本是由鋼質(zhì)材料焊接而成，加之由于惡劣的海況環(huán)境和工況條件以及難以返回陸地等特點(diǎn)，對(duì)海洋工程在結(jié)構(gòu)材料選擇、制造質(zhì)量等方面提出了較高的要求。

1 無損檢測(cè)技術(shù)在海洋工程上的應(yīng)用

由于海上平臺(tái)與設(shè)施所處的惡劣作業(yè)環(huán)境及工況條件，因此在建平臺(tái)和在役平臺(tái)的檢驗(yàn)評(píng)估及維修工作尤為重要。國(guó)家安監(jiān)總局以及各船級(jí)社的入級(jí)規(guī)范都著重強(qiáng)調(diào)并且制定了建造檢驗(yàn)和在役檢驗(yàn)的規(guī)定與要求，特別對(duì)在役平臺(tái)的檢驗(yàn)都是從平臺(tái)以及設(shè)施一投入使用就開始了此項(xiàng)工作，并規(guī)定了年檢和特檢監(jiān)控頻度，以保證平臺(tái)及設(shè)施的安全使用。對(duì)于在建平臺(tái)可以按照各船級(jí)社的建造規(guī)范的要求采用常規(guī)的無損檢測(cè)方法（UT、MT、RT、PT）來完成檢驗(yàn)。

在役海洋平臺(tái)的檢驗(yàn)與在建平臺(tái)的檢驗(yàn)是有一定區(qū)別的，在役海洋平臺(tái)檢驗(yàn)分為水上和水下兩部分進(jìn)行，檢測(cè)內(nèi)容主要有結(jié)構(gòu)完整性檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)測(cè)厚、焊縫的無損檢測(cè)、陽(yáng)極防腐檢測(cè)等。目前采用的檢測(cè)方法主要有目視檢測(cè)（目視檢測(cè)是最基本的檢測(cè)，而其它所有的檢測(cè)都是在目視檢測(cè)完成之后再進(jìn)行）、超聲波測(cè)厚、磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、交流電磁場(chǎng)檢測(cè)（ACFM）、陽(yáng)極電化學(xué)電位測(cè)量等。其中磁粉檢測(cè)和交流電磁場(chǎng)檢測(cè)（ACFM）都是應(yīng)用于表面裂紋檢測(cè)的方法。但ACFM檢測(cè)探頭可以離開檢測(cè)表面5mm～10mm，且不需要對(duì)有涂層表面進(jìn)行處理即可檢測(cè)。具體到水下檢測(cè)可靠性，有資料試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明：僅就磁粉檢測(cè)與ACFM兩者檢測(cè)而言，水下檢測(cè)要比水上檢測(cè)的可靠性低。檢驗(yàn)檢測(cè)所依據(jù)的規(guī)范為船級(jí)社入級(jí)規(guī)范要求。

2 海洋工程與常規(guī)修造船的不同特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)與常規(guī)修造船的不同

由于海洋平臺(tái)所有結(jié)構(gòu)件的連接除了采用板狀和管狀對(duì)接全熔透焊縫外，管狀TKY節(jié)點(diǎn)焊接接頭的連接形式也是一大特點(diǎn)，同樣也占了一定的比例，并且都是重要的強(qiáng)力結(jié)構(gòu)，如：平臺(tái)導(dǎo)管架，平臺(tái)上部組塊框架等。由于結(jié)構(gòu)屬于高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，因此所用的鋼材采用低合金高強(qiáng)度鋼，如D36、E36、E690、EQ56和Z向鋼（Z35）等，按交貨狀態(tài)有正火態(tài)和熱控扎制態(tài)（TMCP鋼），板材厚度一般在20mm～200mm不等；焊接方法基本采用了埋弧自動(dòng)焊（SAW）、手工電弧焊 （SMAW）和藥芯焊絲保護(hù)焊（FCAW-S）。由于隨著材質(zhì)、材料強(qiáng)度及板厚的增加，焊接方法與焊接技術(shù)難度系數(shù)相應(yīng)提高，各種缺陷出現(xiàn)的機(jī)率也相應(yīng)增加，甚至出現(xiàn)冷裂紋、熱裂紋、延遲裂紋、橫向裂紋等缺陷。因此，在選擇檢測(cè)時(shí)機(jī)上至少要在48小時(shí)以后或72小時(shí)以后，而且檢測(cè)時(shí)間必須嚴(yán)格控制，要求從焊接到最終檢驗(yàn)進(jìn)行準(zhǔn)確追溯，同時(shí)伴隨著目視檢驗(yàn)。

（2）對(duì)檢測(cè)人員的要求與常規(guī)修造船不同

對(duì)常規(guī)修造船項(xiàng)目的檢測(cè)人員來說，只要是持證人員就可以上崗，不管是國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局的證書、中國(guó)船級(jí)社頒發(fā)的證書，還是國(guó)外無損檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)發(fā)的證書等都沒有特殊的要求。而海洋工程的無損檢測(cè)對(duì)人員的要求相對(duì)嚴(yán)格，如挪威船級(jí)社管轄的的海洋工程就必須通過DNV的機(jī)構(gòu)資質(zhì)和人員的現(xiàn)場(chǎng)操作技能驗(yàn)證考試合格后，才有資格參加現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)操作，而且必須由監(jiān)督員（Ⅲ級(jí)人員）對(duì)每個(gè)操作人員和每種檢測(cè)方法每月、每季度進(jìn)行一次檢測(cè)結(jié)果的抽查驗(yàn)證并作出驗(yàn)證結(jié)論，12個(gè)月的驗(yàn)證結(jié)論作為當(dāng)年的考核依據(jù)，達(dá)到要求保留資格，達(dá)不到要求離崗培訓(xùn)重新考核，考核合格后保留資格。美國(guó)船級(jí)社對(duì)Jack-up系列海洋平臺(tái)的要求是必須取得ABS-UT-Ⅱ級(jí)資格證書，檢測(cè)管狀結(jié)構(gòu)焊縫（T、K、Y管節(jié)點(diǎn)焊縫）必須取得UT-Ⅱ級(jí)資格證書12個(gè)月后才有資格參加ABS-UT-TKY-Ⅱ級(jí)的培訓(xùn)考試，考試合格后才能從事管狀結(jié)構(gòu)焊縫的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)操作，同時(shí)極為注重?zé)o損檢測(cè)人員的職業(yè)道德及素質(zhì)培訓(xùn)。同樣，中國(guó)船級(jí)社（CCS）對(duì)從事管狀結(jié)構(gòu)焊縫（T、K、Y管節(jié)點(diǎn)焊縫）的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)操作必須在取得UT-Ⅱ資格證書后，實(shí)踐操作時(shí)間滿18個(gè)月才能報(bào)名參加UT-TKY-Ⅱ資格證書的認(rèn)可考試，考試合格后才能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)操作。

（3）采用的標(biāo)準(zhǔn)與常規(guī)修造船不同

常規(guī)修造船的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)用船標(biāo)或國(guó)標(biāo)即可一步完成，海洋工程項(xiàng)目根據(jù)入級(jí)船級(jí)社的不同以及船東的要求不同而不同。對(duì)于挪威船級(jí)社來講一般選用DNV Classification Notes No.7、DNV-OS-C401、DNV-OS-D101及DNV-OS-E101標(biāo)準(zhǔn)，又要根據(jù)ISO5817標(biāo)準(zhǔn)分別執(zhí)行等效的EN11666、EN12517、EN23278、EN23277等相應(yīng)的歐盟標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于美國(guó)船級(jí)社則會(huì)選用ABS標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)一些有特殊要求的部位，如樁腿、克令吊及鉆井平臺(tái)的井架等重要的強(qiáng)受力部位的超聲波檢測(cè)，船東則會(huì)提出選用AWS標(biāo)準(zhǔn)，而船體部分則采用ABS標(biāo)準(zhǔn)，一些工藝管道和動(dòng)力管道又要使用ASME標(biāo)準(zhǔn)以及API標(biāo)準(zhǔn)。

（4）檢測(cè)工藝要求與常規(guī)修造船不同

海洋工程和常規(guī)修造船由于選用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不同，因此導(dǎo)致檢測(cè)工藝也不完全相同。以超聲波檢測(cè)選擇探頭角度為例，對(duì)于常規(guī)造船，基本上是選用一種角度探頭檢測(cè)，最多使用兩種探頭基本可以滿足；而對(duì)于海洋工程為例，根據(jù)鋼板的厚度、焊接接頭的坡口型式不同，就必須組合使用0°、45°、60°、70°探頭，至少是三個(gè)探頭，有時(shí)是需要同時(shí)使用四個(gè)探頭，對(duì)于角接焊縫必須進(jìn)行雙面掃查，而且對(duì)每一種缺陷都要進(jìn)行性質(zhì)評(píng)定；以缺陷的定位方法對(duì)某些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)和特殊位置的焊縫檢測(cè)而言，甚至要用特殊工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)1：1作圖確認(rèn)后，才能確定缺陷在焊縫中的大致位置。提前預(yù)知缺陷，這對(duì)檢測(cè)人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗(yàn)要求非常高，特別是隨著高強(qiáng)度鋼、TMCP鋼以及Z向板的應(yīng)用，各種裂紋出現(xiàn)機(jī)率大大增加。所以除了常規(guī)的縱向掃查檢測(cè)外，還必須增加非常規(guī)的橫向掃查檢測(cè)——探頭必須騎在焊縫上進(jìn)行垂直掃查檢測(cè)以發(fā)現(xiàn)橫向裂紋。

3 現(xiàn)階段海洋工程無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）管狀TKY節(jié)點(diǎn)焊縫傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的完善提高及新方法研究

管狀TKY節(jié)點(diǎn)焊縫在海洋工程結(jié)構(gòu)中是非常重要的節(jié)點(diǎn)，檢測(cè)要求很高，但遺憾的是其傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)的可靠性因受各種結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素的影響并不十分理想，可以說是有著不可回避的缺憾，造成現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果的可靠性偏低。因此，有待進(jìn)行完善和提高。

（2）大量推廣TOFD檢測(cè)技術(shù)

隨著海洋工程技術(shù)的不斷提高，向深海發(fā)展建造海上鉆采平臺(tái)已經(jīng)成為趨勢(shì)。據(jù)悉，就目前我國(guó)在建和將要建造的項(xiàng)目來看，僅導(dǎo)管架一項(xiàng)的建造噸位就在2萬噸以上，高度在200m。導(dǎo)管架管徑最大達(dá)3m，管壁厚度最厚處達(dá)到100mm。TOFD技術(shù)的大量推廣應(yīng)用必將對(duì)于厚度較大的平板對(duì)接焊縫的檢測(cè)和卷管接長(zhǎng)焊縫的檢測(cè)發(fā)揮很大的作用。檢測(cè)速度和檢測(cè)質(zhì)量都會(huì)取得很好的效果。

（3）采用相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)海洋平臺(tái)重要和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中的奧氏體不銹鋼及雙相不銹鋼工藝管線焊縫和異種鋼結(jié)構(gòu)焊縫的超聲檢測(cè)技術(shù)研究，以盡快取代常規(guī)超聲檢測(cè)和射線照相檢測(cè)的方法。

（4）利用導(dǎo)波技術(shù)以及遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)對(duì)在役平臺(tái)工藝管線進(jìn)行進(jìn)行檢測(cè)及評(píng)估。

4 結(jié)論

通過上述分析說明海洋工程的無損檢測(cè)與常規(guī)修造船的無損檢測(cè)還是有相對(duì)較大的區(qū)別，海洋工程要求的無損檢測(cè)技術(shù)難度多方面明顯高于常規(guī)修造船要求的無損檢測(cè)。通過介紹能夠給在海洋工程方面從事無損檢測(cè)的檢測(cè)人員在檢測(cè)思路和檢測(cè)新技術(shù)的研發(fā)地開闊視野，使海洋工程無損檢測(cè)工作更全面地發(fā)展和提高。

［1］中國(guó)船級(jí)社.無損檢測(cè)人員資格認(rèn)證規(guī)范［S］.2013.

［2］挪威船級(jí)社.挪威船級(jí)社入級(jí)指導(dǎo) No.7［S］.2012.