(海洋石油工程股份有限公司海洋工程技術(shù)服務(wù)分公司, 天津 300452)

1 背景

隨著計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力的提高和數(shù)字化進(jìn)程的加快，海底管道環(huán)焊縫檢測(cè)技術(shù)手段越來(lái)越豐富，如全自動(dòng)超聲波檢測(cè)技術(shù)(AUT)，衍射時(shí)差法(TOFD)，相控陣超聲波檢測(cè)(PAUT)等，為不同需求的業(yè)主提供了更多選擇，但根據(jù)DNVGL-ST-F101《海底管道系統(tǒng)》及API1104《管道及相關(guān)設(shè)施焊接》等主流海底管道標(biāo)準(zhǔn)的要求，這些技術(shù)都要經(jīng)過(guò)評(píng)定，確定其具有可靠性之后才能應(yīng)用于實(shí)際工程中。在技術(shù)評(píng)定過(guò)程中，必須使用與焊接過(guò)程中自然產(chǎn)生的缺欠相同或者相似的缺欠來(lái)衡量無(wú)損技術(shù)的可靠性。目前，比較流行的焊接缺欠制作方法是通過(guò)控制焊接過(guò)程中的電流、電壓等焊接參數(shù)來(lái)產(chǎn)生缺欠，但很難控制缺欠的大小及位置。

為解決傳統(tǒng)的缺欠制作方法不能準(zhǔn)確地控制缺欠的大小及位置的問(wèn)題，筆者提供了一種可以比較精確地控制缺欠大小及位置的辦法，尤其是對(duì)海底管道焊接過(guò)程中比較常見(jiàn)也比較危險(xiǎn)的側(cè)壁未融合模擬試塊的制作有較好的指導(dǎo)意義。

2 缺欠制作方法

2.1 側(cè)壁未融合缺欠

制作側(cè)壁未融合時(shí)，首先在缺欠設(shè)計(jì)區(qū)域坡口面的某一深度上通過(guò)電火花加工(EDM)或者機(jī)械加工出符合相關(guān)規(guī)范要求的，具有一定高度和長(zhǎng)度的槽，槽的平面必須與坡口面平行，保證缺欠的走向與自然缺欠一致，槽的深度需要根據(jù)焊接方式的熔深確定，一般設(shè)置為1.5 mm(見(jiàn)圖1)，然后將厚度約1 mm，長(zhǎng)度和寬度與預(yù)加工槽一致的長(zhǎng)條狀不銹鋼片放入槽中，使用鎢極氬弧焊進(jìn)行填埋，此時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):① 只要將槽覆蓋即可，不要將槽填滿，亦不要使不銹鋼片完全融合；② 填埋長(zhǎng)度只需要覆蓋槽并延長(zhǎng)1～2 mm；③ 保證填埋質(zhì)量，不要產(chǎn)生氣孔等缺欠。

最后使用完成評(píng)定的焊接方法完成整道焊縫的焊接。

圖1 側(cè)壁未融合缺欠槽結(jié)構(gòu)示意

2.2 根部未融合缺欠

根部未融合缺欠的制作方法有兩種：一種是在缺欠設(shè)計(jì)區(qū)域停止焊接，形成缺欠后繼續(xù)完成剩余焊道的焊接，該方法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的缺欠與自然缺欠基本一致，但其尺寸不可控，而且可能會(huì)影響其他焊道(層)的質(zhì)量;第二種方法是在整體焊縫焊接完成后采用EDM等機(jī)加工的方式在內(nèi)表面加工一定深度的槽，此方法能夠較好地模擬自然缺欠，而且其尺寸可以控制在理想的范圍內(nèi)，一般情況下槽的寬度為1 mm。

圖2 根部未融合缺欠結(jié)構(gòu)示意

2.3 表面缺欠

表面缺欠分為開(kāi)口型缺欠以及近表面缺欠。加工開(kāi)口型缺欠時(shí)，可在焊縫整體焊接完成后，直接使用EDM或者其他機(jī)加工的方式在表面開(kāi)槽；加工近表面缺欠時(shí)，可采用與側(cè)壁未融合缺欠類似的制作方法。

2.4 體積型缺欠

體積型缺欠一般分為氣孔和夾渣，不同的焊接工藝會(huì)產(chǎn)生不同類型的體積型缺欠，比如手工電弧焊在焊接過(guò)程中易產(chǎn)生藥皮，從而形成夾渣。熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊因?yàn)橹挥斜Ｗo(hù)氣而不會(huì)產(chǎn)生藥皮，所以體積型缺欠以氣孔為主，故需要根據(jù)焊接工藝的特點(diǎn)制作不同類型的體積型缺欠。氣孔的制作方法是在焊接過(guò)程中注入一定空氣干擾保護(hù)氣，形成氣孔。制作夾渣時(shí)，在焊縫中間放置藥皮等異物，并正常焊接。

2.5 其他注意事項(xiàng)

為了保證海底管道環(huán)焊縫人工缺欠制作的成功率并提高效率，需要注意以下幾點(diǎn)：

(1) 制作缺欠所用的焊接方法(包括坡口形式、焊接參數(shù)等)盡量與產(chǎn)品焊接方法相同，需經(jīng)過(guò)評(píng)定并獲得權(quán)威第三方的認(rèn)可，才可用于缺欠試驗(yàn)件的焊接，不允許用其他焊接方法代替。焊接試驗(yàn)件的焊工也需要經(jīng)過(guò)資格認(rèn)可，才可開(kāi)展相關(guān)焊接工作，焊接過(guò)程中應(yīng)保證焊接質(zhì)量，盡量避免產(chǎn)生非目標(biāo)缺欠。

(2) 制作側(cè)壁未融合缺欠時(shí)，槽的平面應(yīng)與坡口面平行，槽的尺寸及位置誤差應(yīng)在±0.2 mm之內(nèi)。

(3) 制作試驗(yàn)件的管材應(yīng)與工程實(shí)際應(yīng)用的管材相同，并選取橢圓度較好的管材，且盡量在同一管材上截取，使用鋼印等手段做好材料的跟蹤及記錄。

(4) 坡口加工完成后應(yīng)使用劃線器劃制參考線，保證數(shù)據(jù)采集時(shí)掃查裝置安裝的精度，運(yùn)輸時(shí)應(yīng)注意保護(hù)坡口，防止坡口損壞。

(5) 缺欠之間應(yīng)保持一定的距離，防止缺欠之間產(chǎn)生干擾，缺欠間距值推薦為2倍于相鄰缺欠中較小缺欠的長(zhǎng)度。

3 缺欠質(zhì)量的評(píng)估

缺欠制作完成后，應(yīng)立即對(duì)第一條焊縫使用無(wú)損檢測(cè)手段以及破壞性試驗(yàn)來(lái)評(píng)估缺欠的尺寸及質(zhì)量，無(wú)損檢測(cè)方法包括相控陣超聲波檢測(cè)(PAUT)，衍射時(shí)差法(TOFD)以及射線檢測(cè)等，檢測(cè)是為了證明缺欠的存在，測(cè)量其相關(guān)尺寸并與預(yù)置值進(jìn)行比較，且檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行記錄并保存。為了驗(yàn)證缺欠的數(shù)量和尺寸，盡量使用破壞性試驗(yàn)的方式進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)圖3)，也可根據(jù)DNVGL-ST-F101的要求進(jìn)行，并根據(jù)無(wú)損檢測(cè)手段及破壞性試驗(yàn)的結(jié)果及時(shí)調(diào)整缺欠制作工藝。

圖3 焊縫的破壞性試驗(yàn)示意

4 結(jié)論

海底管道環(huán)焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)評(píng)定中人工缺欠的制作是一項(xiàng)復(fù)雜而且細(xì)致的工作，是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)評(píng)定中難度較大的環(huán)節(jié)，缺欠制作的水平和效率將直接決定無(wú)損檢測(cè)技術(shù)評(píng)定工作的成敗。筆者在眾多項(xiàng)目實(shí)踐的基礎(chǔ)上，并結(jié)合DNVGL及API等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，總結(jié)了目前海底管道環(huán)焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)評(píng)定中人工缺欠的制作方法和主要問(wèn)題，為類似的項(xiàng)目提供了參考，具有一定的可操作性和指導(dǎo)意義。