＊張充霖

（中海石油技術檢測有限公司 天津 300452）

在海洋油氣田開發(fā)過程中，平臺吊機是不可或缺的設備，而吊臂則是吊機的關鍵部件，是吊機最關鍵的受力結(jié)構(gòu)。一旦吊機臂結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)乃至斷裂失效，將會釀成難以估量的后果。因此，基于對吊機安全性能的考慮，定期開展檢測工作，及時發(fā)現(xiàn)并修補可能出現(xiàn)的裂紋，特別是盡早發(fā)現(xiàn)吊機臂桿件相貫線焊縫及熱影響區(qū)周圍的疲勞型裂紋至關重要。常規(guī)無損檢測一般是采用渦流檢測法（ET）或磁粉檢測法（MT）。渦流檢測法的線圈不需與被測物直接接觸，可進行高速檢測，易于實現(xiàn)自動化，但不適用于形狀復雜的零件，缺陷檢出率不高；磁粉檢測法的缺陷檢出率高，是檢測表面缺陷的首選，但由于吊機臂結(jié)構(gòu)的涂層較厚，需要去除涂層才可實施檢測，檢測速率較慢，且單一的檢測方法無法推斷缺陷的性質(zhì)、成因以及對于吊機臂結(jié)構(gòu)安全運行情況的影響。綜合檢測法的應用則將以上技術難題迎刃而解。

1.綜合檢測法

(1)綜合檢測法的概念

綜合檢測法，顧名思義即綜合運用無損檢測方法、理化檢測方法、顯微觀測技術、力學測試方法等技術手段，對待測試樣的材料性能進行多方位檢測，根據(jù)所檢測的實驗數(shù)據(jù)進行綜合分析，最終推斷出待測試樣的缺陷性質(zhì)、成因以及對設備整體性能的影響等結(jié)論。綜合檢測法是材料失效分析技術中的一項重要的分支技術[1]，目前已越來越多的應用到海洋工程領域，多種檢測方法的交叉運用能夠綜合發(fā)揮各項技術的優(yōu)勢，并彌補單一技術的不足。綜合檢測法的應用能及時發(fā)現(xiàn)海洋石油專業(yè)設施設備在全生命周期內(nèi)存在的安全隱患，并提出相應的維保措施，從而幫助平臺管理者做好風險管理和決策。

(2)綜合檢測法的實施流程

綜合檢測法遵循“查找→分析→定論→整改”的原則，流程如下：①缺陷檢測實驗，應用無損檢測方法，進行缺陷的查找與定位；②缺陷分析實驗，應用理化檢測、力學測試等多種技術手段，開展材料性能分析實驗，得到相應的材料實驗數(shù)據(jù)；③綜合分析，結(jié)合以上實驗結(jié)果，確定缺陷的性質(zhì)、成因以及對設備整體安全性的影響；④整改措施，根據(jù)上述分析結(jié)論，提出行之有效的維修改造措施。

2.綜合檢測法應用實例分析

以某海域FPSO（浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置）上的一臺報廢吊機臂為例。該吊機臂在某次年度檢測中發(fā)現(xiàn)多處疑似裂紋，經(jīng)打磨、修補后仍有大量裂紋存在，為弄清楚裂紋的性質(zhì)、成因以及是否影響平臺吊機的正常運行，擬采用綜合檢測法對吊機臂開展全面實驗分析，包括裂紋檢測、材料成分、硬度測試以及力學性能實驗。

(1)吊機臂裂紋檢測

應用金屬磁記憶檢測儀對吊機臂分段進行應力集中掃查，發(fā)現(xiàn)了2處有比較明顯的應力集中區(qū)，結(jié)果如圖1所示。根據(jù)磁記憶理論，當磁場強度法向分量的值出現(xiàn)過零點時，往往預示著工件此處有應力集中的可能[2]，而應力集中區(qū)域的附近極有可能會出現(xiàn)應力釋放區(qū)，即裂紋區(qū)域。在將涂層打磨干凈后，用磁粉檢測儀發(fā)現(xiàn)若干較細的裂紋，且全部分布在鋼管母材表面，如圖2所示。因此將上述2處管段進行氣割取樣，保留裂紋區(qū)域。

圖1 應力集中檢測圖譜

圖2 磁粉檢測發(fā)現(xiàn)裂紋

(2)合金成分分析

為了獲得吊臂材質(zhì)的合金元素含量，利用直讀光譜儀對材料進行合金成分分析，實驗結(jié)果如表1所示。

表1 吊機臂合金成分分析實驗結(jié)果

由于該吊機臂的材質(zhì)為Q345D。根據(jù)標準GB1591-2008《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》[4]中有關該材質(zhì)的規(guī)定，吊臂的材質(zhì)符合標準GB1591-2008關于Q345D鋼材的要求。

(3)硬度實驗分析

本次實驗采用布氏硬度計進行硬度測量。參考GB/T 231.1-2009《金屬材料布氏硬度試驗第1部分：試驗方法》[5]，選擇壓頭直徑10mm，1000kgf砝碼，保荷時間12秒。實驗結(jié)果分別為146.2HBW、134.2HBW、139.4HBW和136.2HBW。

實驗結(jié)果表明，各組試件硬度值差別不大，最大值為146.2HBW，最小值為134.2HBW，相差值為12HBW，這表明吊機臂各部分的材質(zhì)是比較均勻的，抵抗壓力和劃痕的能力也基本相同。

(4)沖擊實驗分析

本次實驗根據(jù)GB/T229 2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》[6]進行試樣制作和實驗分析，沖擊吸收功為193.7J和193.3J。參考標準GB1591-2008《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》中Q345D鋼材的沖擊吸收能量的要求，在-20℃時的最小沖擊功為34J。因此，沖擊實驗的結(jié)果表明，吊機臂的沖擊韌性滿足標準的要求。

(5)力學實驗分析

本次實驗根據(jù)標準GB/T 228.1-2010《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》[7]進行試樣加工和實驗分析，實驗結(jié)果見表2。

表2 拉伸實驗結(jié)果

根據(jù)GB1591-2008《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》對Q345D的拉伸性能要求，屈服強度要求大于345MPa，抗拉強度在470～630MPa之間，斷后伸長率要求大于21%，以上實驗結(jié)果表明，吊機臂的拉伸力學性能滿足標準的要求。

3.檢測結(jié)論分析

通過以上綜合檢測，可對報廢吊機臂的裂紋的性質(zhì)、成因以及對吊機臂整體性能的影響進行如下分析：（1）吊機臂的材質(zhì)符合Q345D牌號的要求，即主要化學元素的含量符合標準的要求；（2）硬度比較均勻，抵抗硬物壓力和劃痕的能力基本相同；（3）沖擊韌性和拉伸力學性能亦均滿足標準要求，證明吊機臂材質(zhì)的機械性能良好，符合GB1591-2008《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》中對于Q345D鋼材的要求；（4）無損檢測及應力集中分析實驗證明了吊機臂上有若干裂紋的存在，然而裂紋基本沿吊臂軸向方向呈縱向分布，其位置全部在吊機臂鋼管母材表面，而非弦管對接或支撐管角接焊縫處。

以上檢測實驗結(jié)果表明，該吊機臂表面的裂紋深度較淺，通過其走向、位置和深度基本可排除這批裂紋為疲勞性裂紋，可能是鋼管在切割、軋制過程中由于工藝方法不當導致的工藝性缺陷[8]，因此這批裂紋亦不會對吊機整體機械性能產(chǎn)生關鍵性影響。

4.結(jié)語

通過對報廢吊機臂應用綜合檢測法進行定量實驗與數(shù)據(jù)分析，可得出裂紋缺陷的性質(zhì)、成因以及對吊機安全性能的影響，研究結(jié)果對于海洋平臺其他重要設備的失效分析具有重要指導意義。