基于鋼結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化的焊接技術(shù)檢驗在超大型海洋工程中的應(yīng)用初探

趙順利

（海洋石油工程股份有限公司，山東 青島 266520）

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，焊接質(zhì)量檢測技術(shù)在超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)中的運用十分重要。海洋石油天然氣的開發(fā)難度很高，是世界上公認的安全風(fēng)險與施工難度都最大的行業(yè)之一，在超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)中運用焊接質(zhì)量檢測技術(shù)能夠使得整體的檢測效率得到顯著性的提升。超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)因為其各種特性，對焊接質(zhì)量的要求非常高，對焊接質(zhì)量的檢驗也就顯得尤為重要。超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量檢驗要從外觀檢驗、無損檢驗、涂裝檢驗及尺寸控制等方面來進行，以保證焊接質(zhì)量達到要求。

1 焊接質(zhì)量檢驗技術(shù)

焊接質(zhì)量檢測是對焊接成果的檢驗，其目的是要保證焊接結(jié)構(gòu)的完整性與可靠性，還有安全性與使用性。焊接質(zhì)量檢測與對焊接技術(shù)和焊接工藝的要求一樣，都是焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)[1]。對于焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測一般包括明確焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求，對焊接項目進行檢測與評估以及報告檢驗的結(jié)果。作為焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理中很重要的一環(huán)，焊接質(zhì)量檢測要做到質(zhì)量保證、預(yù)防缺陷還有報告結(jié)果。

焊接質(zhì)量檢測的方法有很多種，按焊接檢測的數(shù)量來分的話有抽檢和全檢。按焊接質(zhì)量檢驗的方法分的話有破壞性檢測、非破壞性檢測以及無損檢測。其中的無損檢測包括了射線探傷，超聲波探傷等等。對于內(nèi)部缺陷的性質(zhì)的估判大致有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合以及裂紋。

2 超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)指的就是那些主要由鋼制材料所組成的結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)由于它獨有的自重輕，強度高，抗震性能好等優(yōu)點，成為了當(dāng)前的主要建筑構(gòu)型之一。相比于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)算得上是一種綠色環(huán)保產(chǎn)品了。鋼結(jié)構(gòu)的各個構(gòu)件或者是各個部件之間一般會采用焊縫、螺栓或是鉚釘?shù)姆绞絹磉M行連接。鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，并且施工相對方便，在如今的主要建筑構(gòu)型中得到了廣泛的應(yīng)用。

荔灣3-1 中心平臺是有我國自主研發(fā)的海上石油氣平臺，它也是亞洲最大的深海油氣平臺。荔灣3-1 中心平臺是一個天然氣的綜合處理平臺，它的浮托重量達到了3.2 萬噸，屬于超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)。荔灣3-1 的建造是具有世界難度的，它由海洋石油工程有限公司歷時21 個月才建造完成，荔灣3-1 的建造完成刷新了中國海洋石油工程建設(shè)的記錄。

荔灣3-1 中心平臺上有三層的主甲板，這三層主甲板全部都是鋼結(jié)構(gòu)建筑。其中最上面的一層平臺長為107米，寬為77 米，而一個標準的足球場尺寸長105 米，寬68 米，荔灣3-1 的最上層平臺面積比足球場還要大一些。荔灣3-1 的主甲板距離地面有41 米的距離，大致相當(dāng)于18 層樓的高度[2]。

超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的主要建筑材料就是鋼與混凝土，一些合成物也是鋼結(jié)構(gòu)的新型材料。大型的海洋鋼結(jié)構(gòu)所處的使用環(huán)境與陸地上的建筑不同，環(huán)境惡劣，超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)在使用中會受到海水的腐蝕與侵蝕，并且海水還會對海洋鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不斷的沖擊。因此，超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的建造對于材料的質(zhì)量與控制有著特殊的標準與要求，海洋鋼結(jié)構(gòu)的焊接要求也與一般的鋼結(jié)構(gòu)焊接工作不同。

3 鋼結(jié)構(gòu)焊接優(yōu)化檢驗

鋼結(jié)構(gòu)工程的檢測包括鋼結(jié)構(gòu)和特種設(shè)備的原材料、焊材、焊接件、緊固件、焊縫、螺栓球節(jié)點、涂料等材料和工程的全部規(guī)定的試驗檢測內(nèi)容。主體結(jié)構(gòu)工程檢測，取樣檢測、鋼材化學(xué)成分分析、涂料檢測、建筑工程材料、防水材料檢測、節(jié)能檢測等成套檢測技術(shù)。海洋鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量要求很高，常見的對海洋鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測方法有手工超聲波檢測以及TOFD 檢測技術(shù)和PAUT 檢測技術(shù)，其中手工超聲波檢測是傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，TOFD 與PAUT是新型檢驗技術(shù)。

3.1 TOFD 檢驗技術(shù)

TOFD 檢驗技術(shù)也被稱為“裂紋端點衍射法”或是“尖端反射法”，它的本質(zhì)是超聲波衍射時差法。TOFD檢驗技術(shù)所采用的檢測方法是用兩個探頭來產(chǎn)生非焦距的縱波來對鋼結(jié)構(gòu)焊接的缺陷進行檢驗定量與定位。相比于傳統(tǒng)的手工UT，TOFD 檢測技術(shù)具有更高的檢測效率，它的速度可以達到手工UT 的10 倍之多，此外TOFD 檢測技術(shù)的檢測結(jié)果是數(shù)字化的，可以得到永久保存，可以隨時查閱，具有可追溯性，作為新型的檢測技術(shù)，TOFD檢測技術(shù)缺陷檢出率較高而誤判率很低，并且適用于6-550mm 厚度范圍的鋼結(jié)構(gòu)，使用范圍廣泛。

3.2 PAUT 檢驗技術(shù)

PAUT 檢驗技術(shù)，也就是相控陣技術(shù)。PAUT 檢驗技術(shù)是運用超聲波圖像采集來實時成像，它提供了對超聲波檢測數(shù)據(jù)分析所需要的強大功能。PAUT 檢測技術(shù)最早在醫(yī)學(xué)與軍事中得以應(yīng)用，經(jīng)過多年發(fā)展，近些年來，PAUT 技術(shù)在核工業(yè)、航空、海洋鋼結(jié)構(gòu)上也得到了廣泛應(yīng)用。PAUT 技術(shù)所采用的是一個較長的常規(guī)超聲探頭，探頭內(nèi)有128 個可以獨立激發(fā)的小鏡片。PAUT 檢測技術(shù)的檢測時間只有4 分鐘，它不僅可以確定鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的長度，還可以確定焊接缺陷的深度與高度。并且PAUT檢驗技術(shù)安全無輻射。荔灣3-1 中心平臺項目中就運用了TOFD 檢驗技術(shù)與PAUT 檢驗技術(shù)。荔灣3-1 是我國第一個深海油氣田開發(fā)項目，南海的荔灣海域夏季經(jīng)常會有臺風(fēng)，在臺風(fēng)天氣期間，海域海浪的最大波高超過20米，而年平均波高也有1.4 米，并且在海域中也經(jīng)常會有潮流、風(fēng)暴涌等不利因素。TOFD 與PAUT 檢測技術(shù)的應(yīng)用有效提高了海洋鋼結(jié)構(gòu)的檢測技術(shù)與準度，同時也降低了荔灣3-1建設(shè)的作業(yè)風(fēng)險，促進了荔灣3-1項目的成功，同時也為國內(nèi)其他的大型鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗提供了寶貴的經(jīng)驗。

4 結(jié)語

總的來說，超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)長期在海洋環(huán)境中工作，相比于陸上環(huán)境，海洋環(huán)境更加惡劣。超大型的海洋鋼結(jié)構(gòu)在工作中，不僅要承載自身的重量，同時還要承載海上的風(fēng)浪所帶來的沖擊，此外還要預(yù)防含有大量鹽分的海水的腐蝕與侵蝕，所以說，在進行海洋鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造時，要嚴格按照相應(yīng)的標準來設(shè)計與建造，它是平臺上所有工作人員的日常生活與工作安全的重要保障。這就對焊接質(zhì)量提出了更高的要求，同時對焊接質(zhì)量的檢驗也要加強。