超大型海洋鋼結構的焊接質量檢驗與控制

程大威

摘 要：隨著科技手段的進步，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構鋼為主，論述其焊接質量與檢驗的相關事宜，助力海洋工程有效開展。

關鍵詞：超大型;海洋鋼結構;焊接質量

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，漸漸無法滿足人們日益增長的需求。為了保證油氣資源的穩(wěn)定供應，很多企業(yè)將開采目標轉移到海洋中。超大型海洋鋼結構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的重要組成部分。但由于海水的作用，超大型海洋鋼結構在這種環(huán)境下極易受到侵蝕，本身的穩(wěn)定性得不到保證，很難適應海洋油氣資源開采工作的要求。針對這種情況，相關工作人員在超大型海洋鋼生產中更要注重焊接質量的檢驗和控制，提高超大型海洋鋼的耐久度，為海洋資源開發(fā)服務。

1 超大型海洋鋼的結構分析

要想從根本上對超大型海洋鋼的焊接質量進行檢驗和控制，就必須先了解它的基本結構。在此基礎上，工作人員才能清晰地明確工作目標，方便工作的順利進行。

一般來說，超大型海洋鋼的建設會采用低合金鋼與低碳鋼。在海洋開發(fā)活動之前，有關人員都會對海洋環(huán)境進行考察，初步了解活動對鋼材的實際要求，選擇符合需要的鋼結構。海上資源開采活動通常要借助鉆進平臺來實現(xiàn)，而這些平臺既需要穩(wěn)定的鋼結構來固定，也需要超大型鋼結構調節(jié)開采深度。這樣一來，鋼結構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，超大型海洋鋼結構被劃分為許多等級，鋼材厚度也不盡相同。在使用超大型海洋鋼結構時，必須結合實際情況，具體分析，發(fā)揮其在開發(fā)活動中的最大效用。

2 超大型海洋鋼結構質量檢驗與控制要點

首先，冷裂紋是超大型海洋鋼生產過程中極容易出現(xiàn)的問題，也是超大型鋼結構最常見的質量問題。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)。可想而知，這對鋼結構的穩(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構焊接時，必須預防冷裂紋的產生。工作人員可以先對整個流程有個大體把握，構建靈活的冷卻機制，方便溫度的調節(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。對氫含量進行監(jiān)控，也利于及時采取應對問題的措施。只要建立合理的冷裂紋預防機制，就能極大減少冷裂紋的出現(xiàn)，從而生產出質量高的超大型海洋鋼結構。

其次，由于超大型海洋鋼結構中節(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構的質量。因此，工作人員在進行質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)點進行打磨，提高銜合度。同時，工作人員應提前規(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構的抗疲勞能力，進而提高整體質量。

3 超大型海洋鋼結構質量檢驗與控制措施

3.1 利用現(xiàn)代科技進行質量檢驗與控制

可以說，如今超大型海洋鋼結構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，科學技術也能推動超大型海洋鋼結構的質量檢驗與控制，射線探傷檢驗，TOFD檢驗技術，PAUT檢驗技術和三維坐標尺寸控制技術都是比較合適的。

射線探傷檢驗是焊接質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。在超大型海洋鋼結構的焊接質量檢測中，它主要用于發(fā)現(xiàn)焊接縫隙內部氣孔，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，就是超聲波衍射時差法，是利用一收一發(fā)過程中產生的衍射能量，對缺陷進行檢測和定位。TOFD檢驗技術是建立在計算機技術基礎上的，因而它的檢測速度極快，幾乎是傳統(tǒng)技術的十倍，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構中存在的質量問題。加之它是用數(shù)字化的方式對對象進行檢測，可以將得到的數(shù)據(jù)結果永久保存下來，與之后的檢測數(shù)據(jù)作對照。目前來看，此項技術的使用較為廣泛，很多國家都對其制定了相應的標準。其中，最具權威性的當屬英國標準化委員會所制定的《用于缺陷檢測、定位和定量的超聲波衍射時差法的校準和設置指南》，美國試驗與材料協(xié)會也有自己的標準。不同國家的標準實質上具有一致性，只是具體的細節(jié)內容不同，更符合本國實際情況而已。在這些標準的規(guī)范下，TOFD檢驗技術勢必會得到更合理的應用。

PAUT檢驗技術是指相控陣技術，最早應用在醫(yī)學和軍事領域。但隨著實踐的發(fā)展，此項技術也逐漸被應用于核工業(yè)與航空領域。PAUT檢驗技術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，筆者設計了傳統(tǒng)檢測方法與此技術的對比試驗，對其準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。結果表明，PAUT技術能夠很好地保障實踐活動的質量和進度。在超大型海洋鋼結構質量檢驗過程中，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。

前三個都是質量檢測方面，最后一個筆者就來介紹負責控制的三維坐標網(wǎng)尺寸控制技術。在超大型海洋鋼結構建設過程中，需要用到許多結構復雜的散片。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。三維坐標網(wǎng)尺寸控制能夠總體上控制大型鋼結構的尺寸，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網(wǎng)控制模型，利用坐標值測量超大型海洋鋼結構中各位置存在的偏差，進而指導場地施工活動。這種控制方法，將原來的單一測量轉變?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，盡可能還原最為真實的場景，將實際測量出的坐標與理論坐標對比發(fā)現(xiàn)，只要在（x，y，z）三個方向對其進行調節(jié)，就能全面高效地達到控制目的。三維坐標網(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構的重要控制方法。可想而知，把這種技術運用到超大型海洋鋼結構建設中，也必將是有效的推動因素。

3.2 建立健全質量檢驗與控制體系

要想提高對超大型海洋鋼結構質量檢驗與控制能力，除了依靠先進的科學技術以外，形成完善的質量檢驗與控制體系也是至關重要的。相關工作人員應該根據(jù)實際工作情況，在科學性原則和實用性原則的指導下，明確基本工作目標，總結以往工作經(jīng)驗，致力于形成健全的質量檢驗與控制體系。

一方面，要提高超大型海洋鋼結構質量檢驗與控制體系的科學性。工作人員必須具備專業(yè)知識，熟悉超大型海洋鋼結構與其焊接質量檢驗與控制的相關內容，同時在科學理念與科學手段的指導下，從科學的角度出發(fā)，明確工作要求。把握全局，盡可能的滿足超大型海洋鋼結構焊接質量檢驗與控制的客觀要求，充分利用已有的技術條件與工作經(jīng)驗，促進焊接質量檢驗與控制工作的高效開展。

另一方面，超大型海洋鋼結構在海洋資源開采中的重要作用，要求焊接質量檢驗與控制體系必須遵循實用性原則。超大型海洋鋼結構涉及領域較多，工作內容也十分豐富，相關信息較為繁多。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度。工作人員必須在整個流程允許的條件下，充分考慮應用方案的實用性，以此為基礎，學會簡化工作內容，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構的焊接質量，保證海洋資源開采活動的順利進行。

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

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