超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量檢驗與控制

程大威

摘 要：隨著科技手段的進(jìn)步，人類對自然資源的開發(fā)也更加深入。海洋由于蘊藏著豐富的自然資源，也成為人類開發(fā)的重點對象。而海洋工程是實現(xiàn)海洋資源利用與生態(tài)保護(hù)的重要手段，不斷發(fā)掘著人類生存與發(fā)展的潛力。本文將以超大型海洋結(jié)構(gòu)鋼為主，論述其焊接質(zhì)量與檢驗的相關(guān)事宜，助力海洋工程有效開展。

關(guān)鍵詞：超大型;海洋鋼結(jié)構(gòu);焊接質(zhì)量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.040

人類的高強度開發(fā)促使陸地上的油氣資源儲量不斷減少，漸漸無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。為了保證油氣資源的穩(wěn)定供應(yīng)，很多企業(yè)將開采目標(biāo)轉(zhuǎn)移到海洋中。超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)對海洋油氣資源的開采有著極大影響，也是海洋石油化工生產(chǎn)的重要組成部分。但由于海水的作用，超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)在這種環(huán)境下極易受到侵蝕，本身的穩(wěn)定性得不到保證，很難適應(yīng)海洋油氣資源開采工作的要求。針對這種情況，相關(guān)工作人員在超大型海洋鋼生產(chǎn)中更要注重焊接質(zhì)量的檢驗和控制，提高超大型海洋鋼的耐久度，為海洋資源開發(fā)服務(wù)。

1 超大型海洋鋼的結(jié)構(gòu)分析

要想從根本上對超大型海洋鋼的焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗和控制，就必須先了解它的基本結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，工作人員才能清晰地明確工作目標(biāo)，方便工作的順利進(jìn)行。

一般來說，超大型海洋鋼的建設(shè)會采用低合金鋼與低碳鋼。在海洋開發(fā)活動之前，有關(guān)人員都會對海洋環(huán)境進(jìn)行考察，初步了解活動對鋼材的實際要求，選擇符合需要的鋼結(jié)構(gòu)。海上資源開采活動通常要借助鉆進(jìn)平臺來實現(xiàn)，而這些平臺既需要穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)來固定，也需要超大型鋼結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)開采深度。這樣一來，鋼結(jié)構(gòu)在活動中的受力程度不斷變化，極易造成鋼材的損傷，影響活動的安全開展。根據(jù)不同要求，超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)被劃分為許多等級，鋼材厚度也不盡相同。在使用超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)時，必須結(jié)合實際情況，具體分析，發(fā)揮其在開發(fā)活動中的最大效用。

2 超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗與控制要點

首先，冷裂紋是超大型海洋鋼生產(chǎn)過程中極容易出現(xiàn)的問題，也是超大型鋼結(jié)構(gòu)最常見的質(zhì)量問題。如果在焊接時不能把握好溫度，并且使其降到一定程度，冷裂紋就會出現(xiàn)?？上攵@對鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是非常不利的，甚至威脅著開發(fā)活動中的人員安全。因此，工作人員在對超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)焊接時，必須預(yù)防冷裂紋的產(chǎn)生。工作人員可以先對整個流程有個大體把握，構(gòu)建靈活的冷卻機制，方便溫度的調(diào)節(jié)控制。同時，可以通過加裝焊絲控制這一個過程中需要的水分。對氫含量進(jìn)行監(jiān)控，也利于及時采取應(yīng)對問題的措施。只要建立合理的冷裂紋預(yù)防機制，就能極大減少冷裂紋的出現(xiàn)，從而生產(chǎn)出質(zhì)量高的超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)。

其次，由于超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)中節(jié)點較多，金屬疲勞的狀況也很常見。節(jié)點處用力過于集中帶來的金屬疲勞影響著超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。因此，工作人員在進(jìn)行質(zhì)量檢驗與控制工作時尤其要注意這點。工作人員可在節(jié)點焊接時對節(jié)點進(jìn)行打磨，提高銜合度。同時，工作人員應(yīng)提前規(guī)劃好工作，確定打磨輪廓和方向，最好能時節(jié)點在打磨中呈凹形，提高其受力程度。最終通過對金屬疲勞的控制和檢驗，提高超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的抗疲勞能力，進(jìn)而提高整體質(zhì)量。

3 超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗與控制措施

3.1 利用現(xiàn)代科技進(jìn)行質(zhì)量檢驗與控制

可以說，如今超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)在海洋資源開采活動中的廣泛使用離不開科技的發(fā)展。同樣，科學(xué)技術(shù)也能推動超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢驗與控制，射線探傷檢驗，TOFD檢驗技術(shù)，PAUT檢驗技術(shù)和三維坐標(biāo)尺寸控制技術(shù)都是比較合適的。

射線探傷檢驗是焊接質(zhì)量檢驗最基本的方法，它是利用射線的穿透性將焊接縫隙中的缺陷和不足投映到射線底片上，比較直觀。在超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量檢測中，它主要用于發(fā)現(xiàn)焊接縫隙內(nèi)部氣孔，殘渣和裂紋等問題，能夠滿足這一工作的基本需求。

TOFD檢驗技術(shù)，就是超聲波衍射時差法，是利用一收一發(fā)過程中產(chǎn)生的衍射能量，對缺陷進(jìn)行檢測和定位。TOFD檢驗技術(shù)是建立在計算機技術(shù)基礎(chǔ)上的，因而它的檢測速度極快，幾乎是傳統(tǒng)技術(shù)的十倍，能夠節(jié)省大量的人力和時間，為項目完成提供時間保障，打破壁厚限制的能力也很大程度上提高了檢驗效率。另外，TOFD檢驗技術(shù)的檢測范圍很廣，加上較高的缺陷檢出率和低誤判率，能夠比較全面地檢測出超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)中存在的質(zhì)量問題。加之它是用數(shù)字化的方式對對象進(jìn)行檢測，可以將得到的數(shù)據(jù)結(jié)果永久保存下來，與之后的檢測數(shù)據(jù)作對照。目前來看，此項技術(shù)的使用較為廣泛，很多國家都對其制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。其中，最具權(quán)威性的當(dāng)屬英國標(biāo)準(zhǔn)化委員會所制定的《用于缺陷檢測、定位和定量的超聲波衍射時差法的校準(zhǔn)和設(shè)置指南》，美國試驗與材料協(xié)會也有自己的標(biāo)準(zhǔn)。不同國家的標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)上具有一致性，只是具體的細(xì)節(jié)內(nèi)容不同，更符合本國實際情況而已。在這些標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范下，TOFD檢驗技術(shù)勢必會得到更合理的應(yīng)用。

PAUT檢驗技術(shù)是指相控陣技術(shù)，最早應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和軍事領(lǐng)域。但隨著實踐的發(fā)展，此項技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于核工業(yè)與航空領(lǐng)域。PAUT檢驗技術(shù)實際上是一套超聲波圖像采集實時成像系統(tǒng)，為超聲波檢測數(shù)據(jù)分析提供所需材料。檢驗初期，筆者設(shè)計了傳統(tǒng)檢測方法與此技術(shù)的對比試驗，對其準(zhǔn)確性有了大體的了解。為了保證數(shù)據(jù)的有效性，筆者盡可能還原現(xiàn)實場景。結(jié)果表明，PAUT技術(shù)能夠很好地保障實踐活動的質(zhì)量和進(jìn)度。在超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗過程中，由于極高的缺陷檢測率和檢測精度，較短的檢測時間，該技術(shù)完全可以替代傳統(tǒng)的射線探傷RT作業(yè)。此外，檢測過程安全無輻射，允許多項工作同時開展也是它的優(yōu)勢所在。

前三個都是質(zhì)量檢測方面，最后一個筆者就來介紹負(fù)責(zé)控制的三維坐標(biāo)網(wǎng)尺寸控制技術(shù)。在超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)過程中，需要用到許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的散片。這些散片在節(jié)點處銜接，即使出現(xiàn)一點微小的偏差也會帶來極大的影響。這種情況下，如何將它們很好地連接起來成為這項工作必須面臨的難題。三維坐標(biāo)網(wǎng)尺寸控制能夠總體上控制大型鋼結(jié)構(gòu)的尺寸，使其滿足整個施工過程的需要。工作人員可以根據(jù)施工方案安排控制站點的布局，建立匹配的三維坐標(biāo)網(wǎng)控制模型，利用坐標(biāo)值測量超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)中各位置存在的偏差，進(jìn)而指導(dǎo)場地施工活動。這種控制方法，將原來的單一測量轉(zhuǎn)變?yōu)檎w測量。在一個整體中，很容易通過測量數(shù)據(jù)間的矛盾判斷出錯的地方。筆者使用CAD軟件建立立體模型，采用與現(xiàn)實活動相同的坐標(biāo)，盡可能還原最為真實的場景，將實際測量出的坐標(biāo)與理論坐標(biāo)對比發(fā)現(xiàn)，只要在（x，y，z）三個方向?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)節(jié)，就能全面高效地達(dá)到控制目的。三維坐標(biāo)網(wǎng)尺寸控制彌補了傳統(tǒng)測量方法的不足，具有不可替代的優(yōu)勢，可以說是控制方法的一種革新，很多國家都將其作為大型鋼結(jié)構(gòu)的重要控制方法?？上攵堰@種技術(shù)運用到超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)中，也必將是有效的推動因素。

3.2 建立健全質(zhì)量檢驗與控制體系

要想提高對超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗與控制能力，除了依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)以外，形成完善的質(zhì)量檢驗與控制體系也是至關(guān)重要的。相關(guān)工作人員應(yīng)該根據(jù)實際工作情況，在科學(xué)性原則和實用性原則的指導(dǎo)下，明確基本工作目標(biāo)，總結(jié)以往工作經(jīng)驗，致力于形成健全的質(zhì)量檢驗與控制體系。

一方面，要提高超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗與控制體系的科學(xué)性。工作人員必須具備專業(yè)知識，熟悉超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)與其焊接質(zhì)量檢驗與控制的相關(guān)內(nèi)容，同時在科學(xué)理念與科學(xué)手段的指導(dǎo)下，從科學(xué)的角度出發(fā)，明確工作要求。把握全局，盡可能的滿足超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量檢驗與控制的客觀要求，充分利用已有的技術(shù)條件與工作經(jīng)驗，促進(jìn)焊接質(zhì)量檢驗與控制工作的高效開展。

另一方面，超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)在海洋資源開采中的重要作用，要求焊接質(zhì)量檢驗與控制體系必須遵循實用性原則。超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)涉及領(lǐng)域較多，工作內(nèi)容也十分豐富，相關(guān)信息較為繁多。這就很容易出現(xiàn)多余的環(huán)節(jié)，從而拖慢整項工作的進(jìn)度。工作人員必須在整個流程允許的條件下，充分考慮應(yīng)用方案的實用性，以此為基礎(chǔ)，學(xué)會簡化工作內(nèi)容，增加工作的可操作度，提高方案的實用性。這有利于將工作計劃的實用性發(fā)揮到最大，節(jié)省工作時間，提高超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，保證海洋資源開采活動的順利進(jìn)行。

總而言之，越來越多海洋活動的開采以及海洋環(huán)境的復(fù)雜性，對超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的檢驗與控制提出了迫切要求。相關(guān)工作人員必須將確保鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量放在重要位置，利用現(xiàn)代化技術(shù)手段，依靠完善的焊接質(zhì)量檢驗與控制體系，提高超大型海洋鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，為海洋資源開采活動的順利進(jìn)行提供保證。

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