基于鋼結構體系優化的焊接技術檢驗在超大型海洋工程中的應用初探

趙順利

（海洋石油工程股份有限公司，山東 青島 266520）

0 引言

隨著社會的不斷發展，焊接質量檢測技術在超大型海洋鋼結構中的運用十分重要。海洋石油天然氣的開發難度很高，是世界上公認的安全風險與施工難度都最大的行業之一，在超大型海洋鋼結構中運用焊接質量檢測技術能夠使得整體的檢測效率得到顯著性的提升。超大型海洋鋼結構因為其各種特性，對焊接質量的要求非常高，對焊接質量的檢驗也就顯得尤為重要。超大型海洋鋼結構的焊接質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，以保證焊接質量達到要求。

1 焊接質量檢驗技術

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

焊接質量檢測的方法有很多種，按焊接檢測的數量來分的話有抽檢和全檢。按焊接質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。對于內部缺陷的性質的估判大致有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合以及裂紋。

2 超大型海洋鋼結構

鋼結構指的就是那些主要由鋼制材料所組成的結構，鋼結構由于它獨有的自重輕，強度高，抗震性能好等優點，成為了當前的主要建筑構型之一。相比于傳統的混凝土結構，鋼結構算得上是一種綠色環保產品了。鋼結構的各個構件或者是各個部件之間一般會采用焊縫、螺栓或是鉚釘的方式來進行連接。鋼結構自重較輕，并且施工相對方便，在如今的主要建筑構型中得到了廣泛的應用。

荔灣3-1 中心平臺是有我國自主研發的海上石油氣平臺，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構。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構建筑。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，大致相當于18 層樓的高度[2]。

超大型海洋鋼結構的主要建筑材料就是鋼與混凝土，一些合成物也是鋼結構的新型材料。大型的海洋鋼結構所處的使用環境與陸地上的建筑不同，環境惡劣，超大型海洋鋼結構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構產生不斷的沖擊。因此，超大型海洋鋼結構的建造對于材料的質量與控制有著特殊的標準與要求，海洋鋼結構的焊接要求也與一般的鋼結構焊接工作不同。

3 鋼結構焊接優化檢驗

鋼結構工程的檢測包括鋼結構和特種設備的原材料、焊材、焊接件、緊固件、焊縫、螺栓球節點、涂料等材料和工程的全部規定的試驗檢測內容。主體結構工程檢測，取樣檢測、鋼材化學成分分析、涂料檢測、建筑工程材料、防水材料檢測、節能檢測等成套檢測技術。海洋鋼結構焊接質量要求很高，常見的對海洋鋼結構的質量檢測方法有手工超聲波檢測以及TOFD 檢測技術和PAUT 檢測技術，其中手工超聲波檢測是傳統的檢測技術，TOFD 與PAUT是新型檢驗技術。

3.1 TOFD 檢驗技術

TOFD 檢驗技術也被稱為“裂紋端點衍射法”或是“尖端反射法”，它的本質是超聲波衍射時差法。TOFD檢驗技術所采用的檢測方法是用兩個探頭來產生非焦距的縱波來對鋼結構焊接的缺陷進行檢驗定量與定位。相比于傳統的手工UT，TOFD 檢測技術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 檢測技術的檢測結果是數字化的，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，TOFD檢測技術缺陷檢出率較高而誤判率很低，并且適用于6-550mm 厚度范圍的鋼結構，使用范圍廣泛。

3.2 PAUT 檢驗技術

PAUT 檢驗技術，也就是相控陣技術。PAUT 檢驗技術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據分析所需要的強大功能。PAUT 檢測技術最早在醫學與軍事中得以應用，經過多年發展，近些年來，PAUT 技術在核工業、航空、海洋鋼結構上也得到了廣泛應用。PAUT 技術所采用的是一個較長的常規超聲探頭，探頭內有128 個可以獨立激發的小鏡片。PAUT 檢測技術的檢測時間只有4 分鐘，它不僅可以確定鋼結構焊接缺陷的長度，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 檢驗技術與PAUT 檢驗技術。荔灣3-1 是我國第一個深海油氣田開發項目，南海的荔灣海域夏季經常會有臺風，在臺風天氣期間，海域海浪的最大波高超過20米，而年平均波高也有1.4 米，并且在海域中也經常會有潮流、風暴涌等不利因素。TOFD 與PAUT 檢測技術的應用有效提高了海洋鋼結構的檢測技術與準度，同時也降低了荔灣3-1建設的作業風險，促進了荔灣3-1項目的成功，同時也為國內其他的大型鋼結構質量檢驗提供了寶貴的經驗。

4 結語

總的來說，超大型海洋鋼結構長期在海洋環境中工作，相比于陸上環境，海洋環境更加惡劣。超大型的海洋鋼結構在工作中，不僅要承載自身的重量，同時還要承載海上的風浪所帶來的沖擊，此外還要預防含有大量鹽分的海水的腐蝕與侵蝕，所以說，在進行海洋鋼結構的構造時，要嚴格按照相應的標準來設計與建造，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。這就對焊接質量提出了更高的要求，同時對焊接質量的檢驗也要加強。