大型LNG运输船无损探伤方法及点位选择

孙冰，韩宇，唐亮

(中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 300452)

船舶的大型化对材料强度和焊接技术提出了更高的要求，大量厚板、高强钢,以及自动焊接技术在船舶建造中的应用对船舶设计建造和质量检验带来更大挑战。例如,厚板焊接所使用的多层多道焊，对于焊接过程中的焊接顺序，焊渣清理，热输入控制要求非常高，控制不好就容易出现内部夹杂、裂纹等缺陷[1]，严重影响船舶寿命。目检仅能发现焊缝表面缺陷[2]，对于内部不可见的缺陷无能为力，需要使用无损探伤的方式对焊缝内部质量进行检查。

大型LNG运输船由于装载超低温液货(-163 ℃)及服役周期长达40年的特点，对于船体结构焊接质量的要求更加严苛。LNG运输船货舱处使用大量厚板且存在要求3张板精确对位的CM点，该处要求使用熔透焊的形式，焊角尺寸大，热输入量高，在以往项目中出现过裂纹，如未及时发现后果不堪设想。建造过程中货舱部位需要进行临时开口，开口面积大，而且处于水线以下，需要确保后续封堵质量。这些重点部位都需要借助无损探伤来发现质量隐患，避免隐患发展为事故。

本文通过对大型LNG运输船上无损探伤点位的分布及探伤方式的要求进行分析，并与船级社的无损探伤要求进行比较，尝试对大型LNG运输船探伤点位的设置原则进行总结。

1 常用的无损检测方法

无损探伤是在不对被检测体进行破坏的前提下，利用声、光、电、磁等手段，判断被检测物体是否存在表面破损或内部裂纹、夹杂等缺陷或者不均匀性。相对于破坏性检测，无损检测可以实现100%的检测率，尤其适合作为质量控制的手段，在产品的生产过程中实现全程控制。

目前在船舶建造检验过程中常用的无损检测方法包括超声探伤、磁粉探伤、渗透探伤、射线探伤等，由于不同的工作原理，不同的探伤方法需要应用在不同的检测位置，针对不同的缺陷发挥检测作用。

1.1 超声波探伤

适用于厚度较大的构件检测。超声波探伤应用的是声波在不同传输介质的分界面发生反射的原理，超声波从构件表面传导进入内部结构，当声波遇到夹渣、气孔、裂纹等缺陷,以及到达材料底面时就会发生反射，通过将底面反射波形与缺陷反射波形分离即可发现隐藏在材料内部的缺陷。

超声波探伤安全、快捷、适用于对材料内部缺陷进行检测，但是由于输出的是波形信息而非直观的缺陷性状，因此,需要有经验的专业工程师进行判断才能准确发现缺陷。

1.2 磁粉探伤

适用于铁磁性材料表面缺陷或接近表面的缺陷检测，原理是通过磁化检测工件，使其表面分布磁场，当出现表面破损或缺陷时，破损处磁场强度发生变化，磁粉就会在该处显示破损的形状。磁粉探伤适用于薄壁工件或管材及焊缝表面的缺陷检测，对于焊缝内部的缺陷(气孔、夹渣等)较难察觉，对于导磁性较差的奥氏体不锈钢等不适用。

1.3 渗透(着色)探伤

适用于试件的表面缺陷检查。渗透探伤应用的原理是毛细作用，通过在试件喷洒渗透剂，待渗透剂渗入表面缺陷后喷洒清洗剂将表面的渗透剂清除，待试件表面干燥后再喷洒显影剂，渗透剂通过毛细作用返回试件表面与显影剂发生反应，出现鲜艳的红色或黄绿色，即可判定表面缺陷。

渗透探伤使用的试剂多为便携式罐装，携带方便，但是化学试剂的使用对人体有伤害。在LNG运输船的建造中，殷瓦钢试件多采用渗透探伤进行表面缺陷检测，相对于白光灯与红色显影剂的组合[3]，黑光灯与黄绿色荧光显影剂的组合更合适发现殷瓦构件细小的表面缺陷。

1.4 射线探伤

适用于发现试件内部的夹渣、裂纹、气孔等缺陷。射线探伤的原理与超声波探伤类似，强度均匀的射线在均匀介质中的衰减率是相同的，当射线穿过夹渣、气孔、裂纹等不均匀部位后，必然在底片上形成与正常均匀区域不同的影像，显示出缺陷的形状大小，但是不能显示具体的深度。

射线探伤由于需要使用底片成像，因此，方便留下检验的原始记录，而且成像较为直观，各种缺陷一目了然，可以用来辅助验证超声波探伤人员技术水平。但是射线探伤使用的射线对人体有伤害，需要做好防护措施。

2 无损检测点位的设置及检测要求

以某17.4万m3LNG运输船为例，全船共设置无损探伤点位5 400个，其中超声波探伤点位5 082个，射线探伤点位318个。

2.1 对外壳板的探伤要求

1)平板龙骨使用射线法检测12个纵缝与大接缝的交点。

2)船底板、艏艉外板用射线法检测214个纵缝与大接缝的交点。

3)舭列板、舷侧外板、舷顶列板使用超声法检测248个纵缝与大接缝交点，大接缝对接焊焊点。

4)艉部外板使用超声法检测90个纵缝与大接缝的交点，大接缝对接焊焊点。

5)艏部外板使用超声法检测50个纵缝与大接缝的交点，大接缝对接焊焊点。

6)主甲板使用超声法检测72个纵缝与大接缝的交点。

7)穹顶甲板斜旁板使用超声法检测48个纵缝与大接缝的交点。

8)穹顶甲板使用超声波法检测108个纵缝与大接缝的交点，大接缝对接焊焊点。

9)艉部结构使用超声波法检测18个铸钢件与外板焊接点，铸钢件与外板的焊接将要求100%磁粉探伤。

10)底部外板大接头使用超声波法检测38个外板大接头焊接点。

外壳板是船舶结构中距离中心轴最远的部分，受到最大的弯拉应力。同时外壳板是船舶结构中隔绝海水的第一道屏障。外壳板无损探伤使用大量射线法[4]进行检查也是出于安全考虑。

在探伤点位的选择上，选择纵缝与大接缝的交点外壳板共检测898个点(射线法236个，超声波法662个)。

2.2 对内壳板的探伤要求

1)双层底使用超声波检测137个纵缝与大接缝的交点。

2)内下斜旁板使用超声波法检测66个纵缝与大接缝的交点。

3)内纵壁使用超声波法检测100个纵缝与大接缝的交点。

4)内上斜旁使用超声波法检测88个纵缝与大接缝的交点。

5)内甲板使用超声波法检测65个纵缝与大接缝的交点。

6)横舱壁用超声波法检测158个垂缝与大接缝的交点[5]。

7)空舱水平桁用超声波法检测20个水平桁接缝。

8)横舱壁底部在横舱壁与双层底焊接处选取10个点进行100%超声波检测。

9)纵向焊接详图处在纵向选择64个点进行100%超声波探伤。

10)隔离空舱底部的焊接仅在货舱面[6]进行100%磁粉探伤。

11)纵向焊接详图要求处仅在货舱面进行100%磁粉探伤。

12)内壳板与横舱壁处共选取1 043个点进行超声波检测。

2.3 在装配阶段进行的检查

1)外壳。在装配焊接结束时，在货舱中部区域选取1 002个点进行超声波检查。

2)内壳。在装配焊接结束时，在货舱中部区域选取1 309个点进行超声波检测。

2.4 穹顶的垂向龙骨及中纵桁

1)使用超声波法检测7个穹顶垂向龙骨接缝。

2)用射线法检测8处不锈钢嵌入板(气穹区域)。

3)用超声法检测7个中纵桁接缝。

2.5 纵向型材

在船长0.4L内，用超声波法检测100个纵骨接缝。选择的检查点均匀分布在内壳板和外壳板上。

2.6 横舱壁上水平型材

用超声波检测10个舱壁水平型材接缝。

2.7 舭龙骨

用超声波检测20个舭龙骨接缝。

扁钢的焊接将进行5%的磁粉探伤。

2.8 嵌入板(液穹、气穹和横舱壁泄放阀处)

1)在液穹、气穹嵌入板的半径处选取80个点进行射线检查(每个嵌入板检查4个点)。

2)在氮气保护箱选取32个点进行超声波检测(每个嵌入板4个)。

3)在不锈钢插入板处选取32个点进行射线检测(每个嵌入板4个)。

4)对于不锈钢与不锈钢的焊接以及不锈钢与碳钢的焊接进行100%渗透探伤检验。

2.9 全熔透焊接

1)在横隔舱底部、顶部双层底全熔透填角焊区域和肋板插入板位置选取504个点进行超声波检测。

2)舷侧工艺门(外板4个，内壳4个)。

3)在外壳板开孔处进行100%超声波探伤。

4)在内壳板开孔处进行100%超声波探伤。

2.10 起重设备(吊机、救生筏吊等)

对起重设备(包括艇架、救生筏吊等)和船体结构的焊接进行100%磁粉探伤，甲板上的吊机基座需要进行100%超声波探伤，并在负载试验后进行磁粉探伤。

2.11 系泊设备

对系泊设备(带缆桩、绞车和锚绞机基座等)和甲板的焊接进行100%超声波探伤及磁粉探伤。

2.12 大型肘板

对大型肘板选取10个点进行100%超声波探伤。

2.13 其他位置

选取818个点进行检查(射线检测104个，超声波检测714个)。

3 无损探伤过程中需要关注的重点

1)所有的碳钢上的临时工艺孔应做UT检验，所有的不锈钢与碳钢的焊缝应100%做RT检验。

2)当有开孔的焊缝没有加强筋或者面板加强时，该焊缝应做UT或者RT检验(RT检验应覆盖开孔处焊缝端部500 mm的范围)。

3)货舱面所有需要打磨的焊缝需要做100%磁粉探伤。

4)上下斜旁板的熔透焊缝及横隔舱与内底板的熔透焊缝应做100%UT，货舱面100%磁粉探伤。

5)穹顶甲板、内甲板、内底板及外板的分段大接头焊缝及相邻热影响区应100%UT。

6)与吊车基座及系泊设备相关的焊接应该做100%UT。

7)对其他的细节部分，船东可以在船级社规定的监测基础上额外增加30%的检测点。在不影响船厂建造计划的前提下，允许船东及船检的探伤专家增加UT、MT和PT的点位，船厂应安排合理的时间完成增加的探伤。

8)水密舱壁上的吊环在割除以后，与吊环相连接的板材应做100%磁粉探伤以及超声波探伤。

9)对氮气保护箱周边的焊接需要进行100%PT检验。

10)不得对检验区域做特别处理。

11)船厂需要保存所有的无损探伤记录供船级社和船东检查。

4 结论

根据对全船探伤图的分析，结合船级社对无损探伤位置及方法的要求，可以得出以下结论。

船体结构中熔透焊的部分根据板厚和位置需要按照不同的比例进行超声波探伤；存在密性需求，但是不方便进行水压或者真空试验的位置可以使用超声探伤的方式替代；LNG运输船上设置不锈钢的部位通常有可能直接接触超低温液化天然气，因此，不锈钢嵌入板或者部件的焊接质量需要格外关注，做RT检验。