基于钢结构体系优化的焊接技术检验在超大型海洋工程中的应用初探

赵顺利

（海洋石油工程股份有限公司，山东 青岛 266520）

0 引言

随着社会的不断发展，焊接质量检测技术在超大型海洋钢结构中的运用十分重要。海洋石油天然气的开发难度很高，是世界上公认的安全风险与施工难度都最大的行业之一，在超大型海洋钢结构中运用焊接质量检测技术能够使得整体的检测效率得到显著性的提升。超大型海洋钢结构因为其各种特性，对焊接质量的要求非常高，对焊接质量的检验也就显得尤为重要。超大型海洋钢结构的焊接质量检验要从外观检验、无损检验、涂装检验及尺寸控制等方面来进行，以保证焊接质量达到要求。

1 焊接质量检验技术

焊接质量检测是对焊接成果的检验，其目的是要保证焊接结构的完整性与可靠性，还有安全性与使用性。焊接质量检测与对焊接技术和焊接工艺的要求一样，都是焊接结构质量管理的重要环节[1]。对于焊接结构的质量检测一般包括明确焊接结构的质量要求，对焊接项目进行检测与评估以及报告检验的结果。作为焊接结构质量管理中很重要的一环，焊接质量检测要做到质量保证、预防缺陷还有报告结果。

焊接质量检测的方法有很多种，按焊接检测的数量来分的话有抽检和全检。按焊接质量检验的方法分的话有破坏性检测、非破坏性检测以及无损检测。其中的无损检测包括了射线探伤，超声波探伤等等。对于内部缺陷的性质的估判大致有气孔、夹渣、未焊透、未熔合以及裂纹。

2 超大型海洋钢结构

钢结构指的就是那些主要由钢制材料所组成的结构，钢结构由于它独有的自重轻，强度高，抗震性能好等优点，成为了当前的主要建筑构型之一。相比于传统的混凝土结构，钢结构算得上是一种绿色环保产品了。钢结构的各个构件或者是各个部件之间一般会采用焊缝、螺栓或是铆钉的方式来进行连接。钢结构自重较轻，并且施工相对方便，在如今的主要建筑构型中得到了广泛的应用。

荔湾3-1 中心平台是有我国自主研发的海上石油气平台，它也是亚洲最大的深海油气平台。荔湾3-1 中心平台是一个天然气的综合处理平台，它的浮托重量达到了3.2 万吨，属于超大型海洋钢结构。荔湾3-1 的建造是具有世界难度的，它由海洋石油工程有限公司历时21 个月才建造完成，荔湾3-1 的建造完成刷新了中国海洋石油工程建设的记录。

荔湾3-1 中心平台上有三层的主甲板，这三层主甲板全部都是钢结构建筑。其中最上面的一层平台长为107米，宽为77 米，而一个标准的足球场尺寸长105 米，宽68 米，荔湾3-1 的最上层平台面积比足球场还要大一些。荔湾3-1 的主甲板距离地面有41 米的距离，大致相当于18 层楼的高度[2]。

超大型海洋钢结构的主要建筑材料就是钢与混凝土，一些合成物也是钢结构的新型材料。大型的海洋钢结构所处的使用环境与陆地上的建筑不同，环境恶劣，超大型海洋钢结构在使用中会受到海水的腐蚀与侵蚀，并且海水还会对海洋钢结构产生不断的冲击。因此，超大型海洋钢结构的建造对于材料的质量与控制有着特殊的标准与要求，海洋钢结构的焊接要求也与一般的钢结构焊接工作不同。

3 钢结构焊接优化检验

钢结构工程的检测包括钢结构和特种设备的原材料、焊材、焊接件、紧固件、焊缝、螺栓球节点、涂料等材料和工程的全部规定的试验检测内容。主体结构工程检测，取样检测、钢材化学成分分析、涂料检测、建筑工程材料、防水材料检测、节能检测等成套检测技术。海洋钢结构焊接质量要求很高，常见的对海洋钢结构的质量检测方法有手工超声波检测以及TOFD 检测技术和PAUT 检测技术，其中手工超声波检测是传统的检测技术，TOFD 与PAUT是新型检验技术。

3.1 TOFD 检验技术

TOFD 检验技术也被称为“裂纹端点衍射法”或是“尖端反射法”，它的本质是超声波衍射时差法。TOFD检验技术所采用的检测方法是用两个探头来产生非焦距的纵波来对钢结构焊接的缺陷进行检验定量与定位。相比于传统的手工UT，TOFD 检测技术具有更高的检测效率，它的速度可以达到手工UT 的10 倍之多，此外TOFD 检测技术的检测结果是数字化的，可以得到永久保存，可以随时查阅，具有可追溯性，作为新型的检测技术，TOFD检测技术缺陷检出率较高而误判率很低，并且适用于6-550mm 厚度范围的钢结构，使用范围广泛。

3.2 PAUT 检验技术

PAUT 检验技术，也就是相控阵技术。PAUT 检验技术是运用超声波图像采集来实时成像，它提供了对超声波检测数据分析所需要的强大功能。PAUT 检测技术最早在医学与军事中得以应用，经过多年发展，近些年来，PAUT 技术在核工业、航空、海洋钢结构上也得到了广泛应用。PAUT 技术所采用的是一个较长的常规超声探头，探头内有128 个可以独立激发的小镜片。PAUT 检测技术的检测时间只有4 分钟，它不仅可以确定钢结构焊接缺陷的长度，还可以确定焊接缺陷的深度与高度。并且PAUT检验技术安全无辐射。荔湾3-1 中心平台项目中就运用了TOFD 检验技术与PAUT 检验技术。荔湾3-1 是我国第一个深海油气田开发项目，南海的荔湾海域夏季经常会有台风，在台风天气期间，海域海浪的最大波高超过20米，而年平均波高也有1.4 米，并且在海域中也经常会有潮流、风暴涌等不利因素。TOFD 与PAUT 检测技术的应用有效提高了海洋钢结构的检测技术与准度，同时也降低了荔湾3-1建设的作业风险，促进了荔湾3-1项目的成功，同时也为国内其他的大型钢结构质量检验提供了宝贵的经验。

4 结语

总的来说，超大型海洋钢结构长期在海洋环境中工作，相比于陆上环境，海洋环境更加恶劣。超大型的海洋钢结构在工作中，不仅要承载自身的重量，同时还要承载海上的风浪所带来的冲击，此外还要预防含有大量盐分的海水的腐蚀与侵蚀，所以说，在进行海洋钢结构的构造时，要严格按照相应的标准来设计与建造，它是平台上所有工作人员的日常生活与工作安全的重要保障。这就对焊接质量提出了更高的要求，同时对焊接质量的检验也要加强。