海洋石油平臺鋼結構焊接質量控制與檢驗方法研究

宋洪波

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

1 海洋石油平臺建設分析

海洋石油平臺的建設，具有超高安全風險與施工難度，且作業(yè)區(qū)域位于深海，不利于逃生與救援，給作業(yè)人員造成一定心理壓力。海洋石油平臺進行鋼結構焊接時，作業(yè)人員會頻繁遇到海浪、臺風、潮流、海冰、風暴涌等自然環(huán)境影響，給焊接作業(yè)造成了很大阻礙。

若鋼結構焊接質量無法得到保證，將埋下安全隱患，影響到海洋石油開發(fā)項目的整體運行安全性，且一旦發(fā)生意外事故，將對作業(yè)人員、海洋生態(tài)環(huán)境造成巨大損壞。為嚴格保證海洋石油項目的開發(fā)安全性，必須對鋼結構焊接質量進行嚴格控制，并采取專業(yè)的質量檢驗技術，對焊接質量進行安全性與可靠性評估，主動消除焊接質量風險隱患，為后續(xù)項目開發(fā)建設鋪墊安全基礎。

2 焊接質量控制措施探討

2.1 材料檢驗與跟蹤

鋼結構焊接質量控制時，應當對材料質量進行檢驗與跟蹤。在對施工材料進行質量驗收時，應當對材料的數(shù)量、厚度、外觀、性能、尺寸、證書、標識、參數(shù)等進行全面嚴格檢驗。在材料質量檢驗工作開展時，需依循我國海上工程建設的相關規(guī)范標準，對施工原始材料進行質量驗收，杜絕劣質材料進入到施工現(xiàn)場。

施工現(xiàn)場對原材料進行下料切割時，應當對原材料的批號、材質等信息進行記錄，并采取鋼印方式處理協(xié)助材料轉移工作，便于后續(xù)開展材料質量管理與追蹤，保證每一件材料的施工、利用、廢料回收得到全過程管理，規(guī)避施工質量隱患，避免施工對周邊海洋生態(tài)環(huán)境造成影響。

2.2 焊接質量控制

為保證焊接質量與安全，應當對鋼結構焊接質量進行全流程質量控制。任何一道工序的開展質量，都會對焊接質量產生影響。如焊接起弧工作開展前，則需開展焊接準備控制工作，為后續(xù)焊接質量提供技術保證。在對其焊接質量進行控制時，焊接外觀檢查是最基礎的質量控制措施。在焊接工作開展時，第一時間對焊接外觀進行檢查，則可及時發(fā)展焊接質量缺陷，并對其進行及時處理，避免后續(xù)無損焊接質量檢驗技術，論證鋼結構的焊接質量，有效控制海洋石油項目的建設成本。焊接前期進行質量檢驗時，主要是由技術人員依據項目設計技術規(guī)格，檢查相關焊接設備、材料，是否處于安全狀態(tài)，并對檢驗坡口準備情況進行檢查，判斷坡口附近是否得到有效清潔處理、預熱溫度是否達到標準等。通過焊前檢查工作的開展，可主動消除安全隱患，為后續(xù)鋼結構焊接工作奠定基礎。焊接施工過程中需對焊接外觀進行檢查，分析焊接參數(shù)、工藝、作業(yè)環(huán)境，是否滿足作業(yè)技術要求。焊接后續(xù)外觀質量控制時，主要由相關技術人員，依據施工檢查標準與技術要求，利用專業(yè)工具對焊縫的外觀進行一定檢查，分析評估焊接的尺寸精準度，進而對鋼結構的焊接質量作出基本判斷。在一些特殊施工作業(yè)項目開展時，需對焊接位置進行熱處理監(jiān)控，評估焊接質量與安全，針對可能存在的焊接質量缺陷進行及時處理。

2.3 涂裝質量控制

海洋石油平臺處于惡劣的深海腐蝕環(huán)境下，長時間的海洋自然環(huán)境侵蝕，將使得鋼結構受到腐蝕，導致鋼結構的整體強度與安全性下降。由于海洋石油平臺的鋼結構項目，處于海浪飛濺區(qū)域，鋼結構焊接區(qū)域極易受到腐蝕，不利于海洋石油項目的整體建設，且在對鋼結構進行防腐處理時，僅依靠陽極保護，無法有效保證鋼結構的安全，因此需要對相關鋼結構焊接位置開展涂層保護，有效提升鋼結構的整體安全性。

在涂裝工作開展時，可利用乙二醇MEG儲存罐，開展熱噴鋁防腐工藝處理。當涂裝工作開展時，應當對項目作出的海洋生態(tài)氣候進行分析，進而對油漆類型、干膜厚度、涂裝間隔等進行科學設定，充分發(fā)揮出涂裝工藝開展的質量與安全。涂裝施工前，需對鋼結構表面進行清理、準備相關涂料、附著力檢查、漏電檢驗、干膜厚度檢驗等，為涂裝施工奠定基礎，保證海洋石油平臺鋼結構項目的整體建設安全性與可靠性。

3 焊接質量檢驗方法研究

3.1 超聲波衍射時差技術

1）技術概述。超聲波衍射時差技術，也稱為尖端發(fā)射技術或裂紋端點衍射技術，在鋼結構焊接質量進行檢驗時，通過專用探頭對設備產生的非聚焦縱波進行收集，進行檢查焊接質量內部缺陷。基于端角與端點的衍射能量差，則可判斷焊接質量內部缺陷。

2）應用優(yōu)勢。通過該檢驗技術與傳統(tǒng)檢驗技術進行對比可知，超聲波衍射時差檢驗技術檢驗速度與效率非常高，且是傳統(tǒng)檢驗工作效率的十倍以上，可實現(xiàn)對不同壁厚鋼結構焊接質量進行檢驗。通過該技術的檢驗應用，可得到相關檢驗數(shù)據信息，數(shù)據資料可進行永久保存，為后續(xù)數(shù)據追溯提供原始資料。

通過對超聲波衍射時差檢驗技術進行分析可知，該技術的質量缺陷檢查準確率非常高。鋼結構焊接區(qū)域采取該技術進行質量缺陷檢驗，可對鋼結構的表面裂紋、焊透情況、縱向裂紋、橫向裂紋、氣孔等進行檢驗，對6到550mm厚度之間的鋼結構可進行檢驗，分析論證焊接質量的可靠性。

3）技術標準。目前該技術發(fā)展應用過程中，很多國家都制定了相關標準，如英國的BS 7706規(guī)定、歐盟制定的 ENV583-6規(guī)定、美國制定的ASTM2373規(guī)定等。我國對超聲波衍射時差技術的規(guī)定正在完善，在應用該技術時，必須遵循相關技術要求，才可充分發(fā)揮出該技術應用優(yōu)勢，進而保證海洋石油平臺鋼結構焊接質量安全。

4）應用分析。海洋石油平臺鋼結構焊接施工過程中，由于作業(yè)環(huán)境的惡劣，焊接質量缺陷問題不可避免，但為及時發(fā)現(xiàn)質量缺陷問題，可應用超聲波衍射時差技術，替代傳統(tǒng)超聲波檢驗方案，提高焊接質量缺陷檢驗工作的準確性與可信度，節(jié)省大量人力物力，為后續(xù)平臺建設提供安全保證。一般情況下，深海石油平臺對鋼結構焊接質量進行缺陷檢驗時，主要對環(huán)縫與卷縱管的質量缺陷進行檢驗，便于對相關焊接質量進行及時處理。

3.2 相控陣技術

1）技術概述。相控陣技術縮寫為PAUT，該技術早期主要應用于軍事與醫(yī)學領域，在后續(xù)發(fā)展過程中，該技術先后在核工業(yè)、航空領域得到廣泛應用，如醫(yī)院醫(yī)學使用的B超技術則是基于相控陣技術實現(xiàn)。

該技術是一整套超聲波圖像采集實時成像系統(tǒng)，在海洋石油平臺鋼結構建設過程中，利用相控陣技術替代傳統(tǒng)RT射線探傷技術，在對焊接質量缺陷檢驗過程中可規(guī)避作業(yè)人員受到射線的輻射。該技術的應用，可有效檢驗鋼結構焊接質量，提高海洋石油工程的整體建設質量。相控陣技術中實用的探頭，為超長超聲探頭，探頭內包含128個小晶片，每一個晶片都可獨立發(fā)射出探測波，進而得到實時的圖像數(shù)據，實現(xiàn)對焊接質量缺陷檢驗目標。

2）應用優(yōu)勢。通過常規(guī)人工超聲波檢驗技術，與相控陣技術進行分析對比可知。若采用常規(guī)人工超聲波檢驗，同一試件需檢驗20mn，而應用相控陣技術，僅需要4min則可完成檢驗；RT技術只可以確定出質量缺陷的長度，無法對焊接質量缺陷進行全面立體評估，在應用PAUT技術后，可實現(xiàn)對焊接質量缺陷的長度、高度、深度等全面檢驗。

通過應用RT檢驗技術，可實現(xiàn)對體積缺陷的檢測，但無法對面積質量缺陷進行檢驗，而相控陣技術對各類形體的質量缺陷都非常敏感，可實現(xiàn)對面積與體積形體的質量缺陷檢驗；在RT技術進行質量缺陷檢驗時，容易受到作業(yè)人員操作影響、壁厚影響，而應用相控陣技術進行質量缺陷檢驗，則可有效控制人為因素影響，且無放射性污染，可保證作業(yè)人員的身心健康。

3）技術標準。由于相控陣技術的前沿性，該技術的專業(yè)應用標準，與超聲波衍射時差技術標準基本一致，依循超聲波衍射時差技術要求，則可發(fā)揮出相控陣技術應用價值。

4）應用分析。相控陣技術主要替代常規(guī)RT作業(yè)。為充分發(fā)揮出該技術優(yōu)勢，需對相控陣技術與常規(guī)RT技術進行對比分析，驗證相控陣技術的應用可靠性與安全性。通過選擇試驗尺寸，并依據相同的焊接工藝開展焊接工作，并在焊接過程中人工增加焊接質量缺陷，進而分析論證相控陣技術工藝的應用可行性。通過試驗測試可知，相控陣技術可準確測出焊接質量缺陷，實現(xiàn)對鋼結構的無損檢驗，保證焊接質量與安全，主動消除相關安全質量隱患，實現(xiàn)海洋石油項目平臺鋼結構焊接預期效果[1]。

3.3 渦流探傷技術

ET渦流無損探傷技術，是目前常見的無損探傷技術種類之一。由于該技術具有諸多優(yōu)勢，在航空領域、冶金領域、機械領域、電力領域、化工領域等得到應用。為分析海洋石油平臺鋼結構焊接質量安全，在焊接表面進行涂裝處理后，可應用渦流探傷技術，分析鋼結構焊接表面是否存在裂紋缺陷。通過該技術的合理應用，可對鋼結構焊接質量缺陷進行檢驗，及時發(fā)現(xiàn)焊接施工質量問題，以便及時開展焊接工藝處理，消除焊接質量隱患。

3.4 三維坐標網尺寸控制技術

由于組裝數(shù)量多且結構復雜，各個構件之間的焊接關聯(lián)非常重要，其中鋼結構任何關聯(lián)的尺寸出現(xiàn)偏差，都會直接影響到鋼結構的整體力學性質，進而影響到工程建設安全性。

為主動消除安全隱患，提高鋼結構的整體施工質量與安全，可應用三維坐標控制網尺寸控制技術，對其焊接安裝的鋼結構質量進行檢驗控制。基于工程建設建構三維坐標控制網模型，依據三維坐標控制網的具體數(shù)據，分析安裝焊接施工中存在的偏差。該技術的合理應用，很好解決了海洋石油平臺建設難度，為我國超大型鋼結構建設提供安全質量控制技術提供新路徑。在三維立體的空間數(shù)據控制下，可實現(xiàn)對鋼結構的前后錯位、左右偏差進行準確檢驗，根據檢驗結果開展相關質量控制技術方案，解決鋼結構焊接中存在的質量缺陷，提高鋼結構焊接質量可靠性。

4 結語

為推動我國海洋資源開發(fā)，海洋石油項目正穩(wěn)步推進。海洋石油平臺建設過程中，需使用大量鋼結構，為保證鋼結構的整體焊接質量，為后續(xù)項目施工鋪墊基礎，應當應用相關無損檢驗技術，對存在的焊接質量缺陷進行檢驗，如文中提出的渦流無損探傷技術、超聲波衍射時差探傷技術、三維坐標尺寸技術、相控陣無損探傷技術等，消除存在的質量缺陷隱患，保證鋼結構焊接施工的安全性與可靠性，提高海洋石油工程的整體建設進度與效率。