張曙光，邵建華

（1.中興海陸工程有限公司，東莞 523146；2.上海船舶工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，上海 200030）

隨著國(guó)際海洋油氣的發(fā)展不斷向深海推進(jìn)，我國(guó)海洋工程裝備制造業(yè)已經(jīng)迎來(lái)重大機(jī)遇。國(guó)家在“十二五”規(guī)劃中，預(yù)計(jì)將在海洋工程中投入2 000億元資金，海洋工程裝備制造業(yè)到“十二五”末期產(chǎn)值也將達(dá)到千億元以上，這對(duì)一個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)機(jī)遇。同樣，也為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在海洋工程項(xiàng)目中的應(yīng)用提供了廣闊的技術(shù)平臺(tái)。

1 海洋工程的范圍

海洋工程從廣義上說(shuō)，所有涉及或與海洋環(huán)境有關(guān)的工程都可以歸納為海洋工程的范疇。如海洋平臺(tái)、系泊系統(tǒng)、海底管線(xiàn)以及其它開(kāi)發(fā)海洋資源的設(shè)備和工程建筑（如陸地終端處理系統(tǒng)、海上風(fēng)力發(fā)電），可見(jiàn)范圍還是比較廣泛的。對(duì)于船舶工業(yè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以分為兩個(gè)大的方面，即海洋平臺(tái)和海洋工程作業(yè)船舶。

海洋平臺(tái)又可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是移動(dòng)式平臺(tái)，如坐底式平臺(tái)、自升式平臺(tái)、鉆井船、半潛式平臺(tái)；另一類(lèi)是固定式平臺(tái)，如鋼制導(dǎo)管架平臺(tái)、張力腿式平臺(tái)、重力式平臺(tái)。而系泊系統(tǒng)主要是指浮式儲(chǔ)油輪的海上系泊單點(diǎn)結(jié)構(gòu)。海底管線(xiàn)是指海上輸送油、氣、水管線(xiàn)，一般分為雙層管和單層管兩種。這些海洋工程結(jié)構(gòu)及其設(shè)備基本都是由鋼質(zhì)材料焊接而成，加之由于惡劣的海況環(huán)境和工況條件，以及難以返回陸地等特點(diǎn)，使得海洋工程在結(jié)構(gòu)材料選擇、制造質(zhì)量方面的要求非常高。制造原材料及重要鋼結(jié)構(gòu)焊縫在無(wú)損檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)范圍近于100%，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也要求在一個(gè)比較高的水平。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在海洋工程的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于海上平臺(tái)及設(shè)施的惡劣作業(yè)環(huán)境及工況條件，在建平臺(tái)和在役平臺(tái)及設(shè)施的檢驗(yàn)評(píng)估及維修工作顯得尤為重要。因此，國(guó)家安監(jiān)總局以及各船級(jí)社的入級(jí)規(guī)范都著重強(qiáng)調(diào)并且制定了建造檢驗(yàn)和在役檢驗(yàn)的規(guī)定和要求。特別對(duì)在役平臺(tái)的檢驗(yàn)，都是從平臺(tái)以及設(shè)施一投入使用就開(kāi)始了此項(xiàng)工作，并規(guī)定了年檢和特檢監(jiān)控頻度，以保證平臺(tái)及設(shè)施的安全使用。對(duì)于在建的平臺(tái)完全可以按照各船級(jí)社的建造規(guī)范的要求采用常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法（UT，MT，RT，PT）來(lái)完成檢驗(yàn)。當(dāng)然，有的船級(jí)社也已經(jīng)在做推廣新設(shè)備、新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)、新工藝的準(zhǔn)備工作。

在役海洋平臺(tái)的檢驗(yàn)較在建海洋平臺(tái)的檢驗(yàn)還是有一定區(qū)別的：在役海洋平臺(tái)檢驗(yàn)一般分為水上檢測(cè)和水下檢測(cè)兩部分。檢測(cè)內(nèi)容主要有結(jié)構(gòu)完整性檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)測(cè)厚、焊縫的無(wú)損檢測(cè)、陽(yáng)極防腐檢測(cè)等。目前采用的檢測(cè)方法主要有目視檢測(cè)（目視檢測(cè)是最基本的檢測(cè)，而其它所有的檢測(cè)都是在目視檢測(cè)完成之后再進(jìn)行）、超聲波測(cè)厚、磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、交流電磁場(chǎng)檢測(cè)（ACFM）、陽(yáng)極電化學(xué)電位測(cè)量等。其中磁粉檢測(cè)和交流電磁場(chǎng)檢測(cè)（ACFM）都是應(yīng)用于表面裂紋的檢測(cè)方法。但ACFM檢測(cè)時(shí)，探頭可以離開(kāi)檢測(cè)表面5～10mm，且無(wú)需對(duì)有涂層的表面進(jìn)行處理。具體到水下檢測(cè)的可靠性，有資料試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明：僅就磁粉檢測(cè)與ACFM檢測(cè)而言，水下檢測(cè)要比水上檢測(cè)的可靠性低。檢驗(yàn)檢測(cè)所依據(jù)的規(guī)范為船級(jí)社相關(guān)入級(jí)規(guī)范要求。

3 海洋工程及其無(wú)損檢測(cè)的特點(diǎn)

就目前而言，我國(guó)海洋工程結(jié)構(gòu)在建造上大多采用了鋼結(jié)構(gòu)制造。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及與常規(guī)修造船的無(wú)損檢測(cè)的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下方面。

3.1 結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)

海洋工程從結(jié)構(gòu)形式上分為移動(dòng)式和固定式結(jié)構(gòu)。其所有結(jié)構(gòu)件的連接除了采用板狀和管狀對(duì)接全熔透焊縫外，管狀TKY焊接接頭的連接形式也占了一定的比例，并且都是重要的強(qiáng)力結(jié)構(gòu)（如平臺(tái)導(dǎo)管架，平臺(tái)上部組塊框架等）。由于結(jié)構(gòu)屬于高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，故所用的鋼材采用了低合金高強(qiáng)度鋼，如D36，E36，E690，EQ56和Z向鋼（Z35）等，按交貨狀態(tài)有正火態(tài)和熱控扎制態(tài)（TMCP鋼）；板材厚度一般在20～200mm間；焊接方法采用埋弧自動(dòng)焊（SAW）、手工電弧焊（SMAW）和藥芯焊絲保護(hù)焊（FCAW－S）等。由于隨著材料強(qiáng)度及板厚的增加，焊接難度系數(shù)相應(yīng)提高，各種缺陷出現(xiàn)的機(jī)率也會(huì)相應(yīng)增加，甚至出現(xiàn)冷裂紋、熱裂紋、延遲裂紋等缺陷；因此，在選擇檢測(cè)時(shí)機(jī)上至少要在48h或72h以后；而且檢測(cè)時(shí)間必須嚴(yán)格控制，要求從焊接到最終檢驗(yàn)進(jìn)行準(zhǔn)確追溯。

3.2 檢測(cè)人員

常規(guī)修造船項(xiàng)目，檢測(cè)人員只要持證就可以上崗，而對(duì)頒證機(jī)構(gòu)沒(méi)有特殊的、嚴(yán)格的要求，即國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局的證書(shū)，中國(guó)船級(jí)社頒發(fā)的證書(shū)，國(guó)外無(wú)損檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)發(fā)的證書(shū)等均可以。而海洋工程的無(wú)損檢測(cè)對(duì)人員的要求相對(duì)嚴(yán)格，如挪威DNV船級(jí)社管轄的海洋工程就必須通過(guò)DNV的現(xiàn)場(chǎng)考核認(rèn)證后，才能有資格參加現(xiàn)場(chǎng)操作，而且必須由監(jiān)督員（Ⅲ級(jí)人員）對(duì)每個(gè)操作人員和每種檢測(cè)方法每月、每季度（方法不同）進(jìn)行一次抽查驗(yàn)證并作出驗(yàn)證結(jié)論；12個(gè)月的驗(yàn)證結(jié)論作為當(dāng)年的考核依據(jù)，對(duì)達(dá)到要求的人員保留資格，達(dá)不到要求的需離崗重新接受培訓(xùn)考核，考核合格后保留資格。美國(guó)ABS船級(jí)社對(duì)自升式（JACK－UP）系列海洋平臺(tái)規(guī)定，檢測(cè)人員必須取得 ABS－UT－TKY－Ⅱ級(jí)資格證書(shū)才有資格從事管狀結(jié)構(gòu)焊縫（T、K、Y型管節(jié)點(diǎn)焊縫）的技術(shù)操作；同時(shí)極為注重?zé)o損檢測(cè)人員的職業(yè)道德及素質(zhì)培訓(xùn)。同樣，中國(guó)（CCS）船級(jí)社規(guī)定：從事管狀結(jié)構(gòu)焊縫（T、K、Y型管節(jié)點(diǎn)焊縫）的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)操作人員，必須在取得UT－Ⅱ資格證書(shū)后，實(shí)踐操作時(shí)間滿(mǎn)18個(gè)月才能報(bào)名參加UT－TKY－Ⅱ資格證書(shū)的認(rèn)可考試。

3.3 采用的標(biāo)準(zhǔn)

常規(guī)修造船的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)采用船標(biāo)或國(guó)標(biāo)即可一步完成。海洋工程項(xiàng)目根據(jù)入級(jí)船級(jí)社的不同以及船東的要求不同而不同。目前涉及海洋工程制造最大的兩家船級(jí)社為挪威DNV船級(jí)社和美國(guó)ABS船級(jí)社。對(duì)于DNV船級(jí)社來(lái)講一般選用DNVOS－C401［1］和 DNV－OS－D101［2］及 DNV－OS－E101［3］標(biāo)準(zhǔn)。例如：根據(jù)DNV－OS－C401標(biāo)準(zhǔn)的要求，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)既要執(zhí)行ISO 5817［4］標(biāo)準(zhǔn)，又要根據(jù)ISO 5817標(biāo)準(zhǔn)分別執(zhí)行等效的 EN ISO 11666［5］，EN ISO 23278［6］，EN 23277［7］等相應(yīng)的歐盟標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于美國(guó)ABS船級(jí)社則會(huì)選用美國(guó)焊接學(xué)會(huì)（ABS）標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)一些有特殊要求的部位如樁腿、克令吊及鉆井平臺(tái)的井架等重要的強(qiáng)受力部位的超聲波檢測(cè)，船東則會(huì)提出選用美國(guó)石油學(xué)會(huì)（AWS）標(biāo)準(zhǔn)，而船體部分則采用ABS標(biāo)準(zhǔn)，一些工藝管道和動(dòng)力管道卻要使用美國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)（ASME）標(biāo)準(zhǔn)以及美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）標(biāo)準(zhǔn)。而在使用這些標(biāo)準(zhǔn)和無(wú)損檢測(cè)程序前必須對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，經(jīng)書(shū)面考試合格達(dá)到認(rèn)證體系的要求后，才能上崗操作，且考試成績(jī)要存檔備查。

3.4 檢測(cè)工藝

常規(guī)修造船項(xiàng)目和海洋工程項(xiàng)目由于選用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不同，因此檢測(cè)工藝也不完全相同。就拿超聲波檢測(cè)選擇探頭角度來(lái)說(shuō)，對(duì)于常規(guī)造船的檢測(cè)，基本上選用一種角度探頭，最多兩種探頭；而對(duì)于海洋工程的檢測(cè)，根據(jù)鋼板的厚度、焊接接頭的坡口型式不同，必須組合使用0°，45°，60°，70°探頭；檢測(cè)時(shí)至少使用三個(gè)探頭，有時(shí)需要同時(shí)使用四個(gè)探頭；對(duì)于角接焊縫必須進(jìn)行雙面掃查，而且對(duì)每一種缺陷都要進(jìn)行性質(zhì)評(píng)定；對(duì)某些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)焊縫檢測(cè)前的缺陷定位，甚至要用特殊工具進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)1∶1作圖后，才能確定缺陷在焊縫中的大致位置。要提前預(yù)知缺陷，這對(duì)檢測(cè)人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗(yàn)要求非常高。特別是隨著大量的使用高強(qiáng)度鋼、TMCP鋼以及Z向板的應(yīng)用，各種裂紋尤是橫向裂紋出現(xiàn)的機(jī)率大大增加。所以除了常規(guī)的縱向檢測(cè)外，還必須增加非常規(guī)的橫向掃查——即探頭騎在焊縫上進(jìn)行檢測(cè)以發(fā)現(xiàn)橫向裂紋。

4 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在海洋工程中的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)在海洋工程中的應(yīng)用

無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)，如相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)（PAUT）和超聲波時(shí)差衍射法（TOFD）檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)在一些較大規(guī)模的海洋工程項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。如中遠(yuǎn)船務(wù)集團(tuán)建造的，目前國(guó)際上鉆井最深（3 050m）的鉆井船“大連開(kāi)拓者”號(hào)的重要結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中使用了PAUT檢測(cè)技術(shù)和TOFD檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)的可靠性得到了較大的提高。對(duì)鉆井動(dòng)力模塊的結(jié)構(gòu)焊縫的檢測(cè)，其鋼板厚度在50～120mm，組合采用PAUT和TOFD技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，其可以有3種方法同時(shí)顯示一個(gè)缺陷，對(duì)缺陷的定位、定量的準(zhǔn)確性有了很大的提高，同時(shí)工作效率也得到了大幅度的提高。將相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)全船管系的小徑管環(huán)焊縫，檢測(cè)直徑范圍76～200mm；管壁厚度6～50mm，取得了非常好的檢測(cè)效果，達(dá)到了船級(jí)社的要求，可以完全或部分代替射線(xiàn)檢測(cè)；該方法既提高了檢測(cè)效率，又消除了不安全因素，還保證了工作環(huán)境不受到污染。

4.2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在海洋工程中的發(fā)展趨勢(shì)

（1）管狀TKY節(jié)點(diǎn)焊縫傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的完善提高及新檢測(cè)方法研究

管狀TKY節(jié)點(diǎn)焊縫在海洋工程結(jié)構(gòu)中是非常重要的節(jié)點(diǎn)，但遺憾的是其傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)方法的可靠性并不十分理想，因此，對(duì)管狀TKY節(jié)點(diǎn)焊縫的檢測(cè)有待進(jìn)一步完善和提高。據(jù)資料報(bào)道，一些專(zhuān)家和學(xué)者在對(duì)管狀TKY節(jié)點(diǎn)焊縫利用相控陣技術(shù)進(jìn)行研究，并取得了初步成果。文獻(xiàn)［8－9］為解決TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫超聲檢測(cè)缺陷定位難的問(wèn)題，分析了節(jié)點(diǎn)焊縫超聲相控陣檢測(cè)的聲束覆蓋效果及對(duì)反射回波的定位方法，并制作了TKY試塊進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

（2）大量推廣TOFD檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

隨著我國(guó)海洋工程技術(shù)的不斷提高，向深海發(fā)展建造海上鉆采平臺(tái)已經(jīng)成為趨勢(shì)。據(jù)悉，就目前我國(guó)在建和將要建造的項(xiàng)目來(lái)看，僅導(dǎo)管架一項(xiàng)的建造噸位就在20 000t以上，高度超過(guò)200m。導(dǎo)管架管徑最大超過(guò)3m，管壁厚度最厚處超過(guò)100mm?？上攵獧z測(cè)量是巨大的，而TOFD技術(shù)的大量推廣應(yīng)用［10］，將對(duì)較厚平板的對(duì)接焊縫的檢測(cè)和卷管接長(zhǎng)焊縫的檢測(cè)發(fā)揮很大的作用，且檢測(cè)速度和檢測(cè)質(zhì)量都能得到較大的提高。當(dāng)然檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定和操作人員的資格培訓(xùn)也是必須要跟上的。

（3）采用相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)［11］對(duì)海洋平臺(tái)重要和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中的奧氏體不銹鋼及雙相不銹鋼工藝管線(xiàn)焊縫和異種鋼結(jié)構(gòu)焊縫的超聲檢測(cè)技術(shù)研究，以盡快取代常規(guī)超聲檢測(cè)和射線(xiàn)照相檢測(cè)的方法。近年來(lái)，超聲多維成像技術(shù)中的C掃描、D掃描、P掃描成像技術(shù)發(fā)展迅速，其中的面陣相控陣掃查技術(shù)利用面陣相控陣探頭的可編程控制特性可完成不規(guī)則工件截面的完整掃查，而不需要移動(dòng)探頭，在檢測(cè)空間受限或工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。

（4）利用導(dǎo)波技術(shù)以及遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù)對(duì)在役平臺(tái)工藝管線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)及評(píng)估

超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)是近年快速發(fā)展起來(lái)的檢測(cè)新技術(shù)，常用于快速檢測(cè)內(nèi)部和外部腐蝕以及軸向和周?chē)牧鸭y，在檢測(cè)裂紋和金屬損失（大于橫斷面的3%）方面有很多應(yīng)用，特別在對(duì)在役海洋平臺(tái)工藝管線(xiàn)進(jìn)行長(zhǎng)距離檢測(cè)時(shí)具有其技術(shù)優(yōu)勢(shì)［12］。遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)是基于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流效應(yīng)的一種管道檢測(cè)新技術(shù)［13］，它除了具有一般常規(guī)渦流的優(yōu)點(diǎn)外，對(duì)鐵磁性管道無(wú)需采用磁飽和等輔助方法，即可直接用內(nèi)插式探頭來(lái)檢測(cè)管壁上的裂紋、腐蝕凹坑、磨蝕減薄等缺損，可以解決海洋平臺(tái)工藝管線(xiàn)的在役快速探傷、測(cè)厚難題。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著海洋工程的裝備制造業(yè)的大力發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)在海洋工程項(xiàng)目中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在分析海洋工程無(wú)損檢測(cè)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在海洋工程項(xiàng)目中的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)了現(xiàn)階段無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在海洋工程項(xiàng)目中的發(fā)展趨勢(shì)，提出無(wú)損檢測(cè)傳統(tǒng)技術(shù)的完善提高與新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)確保海洋工程的安全可靠有著重要的意義。

［1］ DNV－OS－C401—2013 Fabrication and Testing of Offshore Structures［S］.

［2］ DNV－OS－D101—2013 Marine and Machinery Systems and Equipment［S］.

［3］ DNV－OS－E101—2013 Drilling Plant［S］.

［4］ ISO 5817—2003 鋼、鎳、鈦及其合金熔焊接頭（不包括電子束焊接）缺陷的質(zhì)量等級(jí)［S］.

［5］ EN ISO 11666—2010 Non－destructive testing of welds－Ultrasonic testing－Acceptance levels［S］.

［6］ EN ISO 23278—2009 Non－destructive testing of welds－Magnetic particle testing of welds－Acceptance levels［S］.

［7］ EN ISO 23277—2009 Non－destructive testing of welds－Penetrant testing of welds－Acceptance levels［S］.

［8］ 陸銘慧，程俊，邵紅亮，等.計(jì)算機(jī)輔助在TKY管節(jié)點(diǎn)焊縫超聲相控陣檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.焊接學(xué)報(bào)，2012（4）：49－52.

［9］ 陸銘慧，邵紅亮，劉勛豐，等.TKY管接點(diǎn)焊縫形狀模型在相控陣檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.無(wú)損檢測(cè)，2013，35（12）：13－15.

［10］ 陶紅燕，張茂桐，郭強(qiáng).TOFD檢驗(yàn)技術(shù)在海洋平臺(tái)壓力管道檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.新疆石油科技，2012（4）：80－81.

［11］ 單寶華，喻言，歐進(jìn)萍.海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)超聲相控陣檢測(cè)成像技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用［J］.海洋工程，2005（2）：107－110.

［12］ 王海波，賈巧玲，騰延平，等.管道超聲導(dǎo)波腐蝕檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2009（3）：27－29.

［13］ 廉紀(jì)祥，沈躍.管道遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)展［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2004，23（7）：14－16.