文|正经的烧杯

编辑|正经的烧杯

«——【·前言·】——»

普通射线照相技术和手动超声波技术在海底管线铺设中应用最为广泛,但普通射线照相检验存在效率低、环境不友好、作业须设置隔离、不允许交叉作业等缺点;而手动超声波检验存在无储存扫查记录、显示不直观、人为因素大的缺点。

随着生产自动化、智能化的发展,铺管速度不断提高,普通射线照相和手动超声波技术已然不适应未来高效的海上管道铺设。

2013年中海油位于南海的某项目首次应用了300m水深级别的CRA海管,CRA(CorrosionResistantAlloy)管又称双金属复合管,因其良好的内壁耐蚀性和相对低廉的成本,近年在传输腐蚀性介质的海底管线中得到广泛应用。

该海管项目管体直径达514.4mm,基层为28.6mm的X65碳钢,内衬层为3mm的625不锈钢。开工前期,检验团队通过引进技术和大量对比分析,系统性地将激光内成像检验、CR和AUT这3种焊缝检验方法联合,最终获得业主对CRA海管焊缝检验能力的认可。

而且此次CRA海管焊缝检验尝试将海管焊缝检验数据完全数字化,有利于质量查溯及完工材料传递存储。

«——【·项目前期质量控制程序及技术交底·】——»

根据项目规格书和施工计划,需制订详细的质量计划和质量控制程序,一般要求有:项目质量计划;焊接控制程序;焊接材料控制程序。

WPS&PQR清单;组对和外观检验程序;管道激光内成像检验程序;管道CR检验程序;管道AUT检验程序;管道渗透检验程序;管道超声波检验程序;ᙨI1设备仪器及人员证书。

这11个文件是CRA管焊缝质量控制基础程序,得到业主审批后,焊接、检验班组应组织做好相关技术交底,确保施工人员了解施工环节的技术要点与质量要求,促使规范施工,整体满足项目的质量技术要求。

«——【·施工前人员机具核查·】——»

施工前检查项目质量文件是否齐全并满足项目要求,包含人员、设备、材料等资质证书或校验检查记录表,掌握项目人员、设备、耗材的备份或应急计划,降低某个环节海上施工宕机的风险。

CRA海管铺设作业站点布置如图1所示，施工前各施工岗位的工机具应布置到位,调试完毕,各施工人员需熟悉自己站点的工作职责。

有资质的焊工、具备返修资质的焊工、外观检验员、无损检验员,均应在项目程序审批的人员清单中;应具备焊机设备、对口器、切管机、坡口机、焊接检验及无损检验仪器设备等校验检验合格报告;焊接耗材(焊丝、保护气体等)铭牌正确及存储放置环境良好,且保护措施得当。

«——【·管端预处理检查·】——»

管端预处理在预制站区域(图1)开展,该区域主要工作有：坡口周边抛光、管端除锈、目视检验外观、测量坡口形状、测量内外径、标记纵缝位置等。

CRA管端有坡口保护盖,但由于存放时间长和海上恶劣环境,管端和坡口出现锈蚀,甚至在抛光后,有些会出现坑洼点(图2),导致管不能使用。

该项目质量要求CRA管对接内错边<1mm,前期准备调试阶段经常出现某些位置内错边超标,经过现场不断摸索,发现其主要原因为:对接管端不圆和铆工侥幸的心态。

解决措施：在管端预处理时外观检验员测量每个管端的内外径数据,组对前把对接误差大的“椭圆管”剔除,避免主线组对施工时不合格再换管。

另外组对前需要关注管端剩磁和对接缝两侧管的纵缝错位量,在严格控制外错边量≤1mm,某些位置错边偏大时,铆工务必重新组对调节。

通过前期剔除不良管、外错边倒逼控制内错边的方法,正常海管铺设期间激光内成像检验没发现内错边超标的节点焊缝。

根据海管铺设节点布置图,外观检验员还需要记录每个对接的节点管的管号信息,确认阳极节点管位置及节点编号符合要求。

«——【·激光内成像检验·】——»

CRA海管防腐功能主要由耐腐蚀合金钢的内衬层产生,项目规格书对焊缝的组对和内衬焊缝成形有严格的标准要求。

内衬焊缝检验使用了一套激光内成像检验系统,其由激光扫描和高清摄像系统组成,在第1站(图1)完成焊接打底后,对组对后内错边量ΔH、根部成形(根部余高+H∕-H,根部宽度W)的数据进行精确扫描,激光测量数据原理如图3所示。

同时由旋转摄像头拍摄内衬焊缝完整的高清图像,最后经由外观检验员负责审核图像及扫描的数据,判断内衬焊缝是否合格。

该系统要求每工作12h或者测量数据异常时,必须重新在试块上进行校验扫查(图4),校验后的数据须符合精度要求,同时一并作为质量数据保存。

实际工作中通过激光内成像常见有内衬焊缝氧化、穿丝、焊瘤、未焊透、内凹等外观不合格(图5),将不合格缺陷位置报告给焊接领班,研究问题原因所在,第一时间去减少甚至杜绝发生类似缺陷再出现。

根据采用的焊接工艺(焊接方法GTAW-TIPTIG)及现场环境，分析产生上述缺陷的主要因素和控制措施见表1。

«——【·计算机射线照相(CR)技术·】——»

CR(ComputedRadiography)技术是一种非胶片射线照相检验技术,该系统主要由X射线机、IP成像板、专用扫描读取擦除设备和计算机软硬件组成。

基本工作流程为：焊缝上的IP成像板经X射线透照后,通过激光扫描读取设备将IP板中潜影信息转换成数字化图像,擦除光源也会对IP板影像进行清空,为下一次曝光做好准备,图像可通过计算机软件算法进行优化处理显示。

CR技术除节省胶片和化学处理、烘干一套流程外,还具有射线感光灵敏度高的优点,因而所需的曝光量低,曝光时间短,其宽容度也大,有较低的重拍率。

项目中管线3mm的内衬层缺陷不允许修补,当CR站点发现内衬层缺陷时,会对该焊口进行机械切除,并加工坡口,该焊口需退回到第一站点重新组对焊接,导致铺管主线作业其他站点工作待机,严重影响铺管速度。

故第1站封底两边后便利用激光内成像先对内衬焊缝外观进行检查,第一关合格,再进行热焊区焊接,热焊区焊接完成后直接到第2站CR检验,利用CR发现内衬焊缝内部缺陷,预防缺陷焊口移到AUT站点发现异常,导致更加糟糕的停滞。

计算机射线照相现场施工设施主要有GEX射线周向机、定位r源、管道爬行器、电池组、胶片IPS-CRX、像质计、多用途扫描仪CRXVision、计算机软硬件等。

实际工作表现优势：CR曝光量低,曝光时间短,辐射隔离影响较小，该项目海管本身壁厚较大,第2站CR作业时辐射隔离区影响范围实际不到15m,实现CR作业时,第4站、第5站的焊接不停工,第6站的AUT检验不停工。

CR系统灵敏度满足要求,重拍率为零，CR作业时间较短,从隔离到撤销隔离,至出检验结果,实际用时<5min，对数字图像(图6)可进行灰度、对比度、放大、缩小的调节查看,缺陷分层标识,不破坏原始图像,便于缺陷识别和标记。

«——【·全自动相控阵超声波检验工艺·】——»

传统碳钢材质海底管线AUT检验工艺常以超声波一次和二次的横波反射方式发现和判别缺陷,在检验CRA焊接接头时,由于复合层材料和焊接填充材料的声学特殊性,使得超声波信噪比和声束传播方向在较大程度上受焊缝中晶粒的尺寸及方向的影响,采用传统的横波扫查,缺陷反射信号几乎被淹没。

该项目AUT工艺系统采取自发自收地发射纵波一次波,并补充一对TOFD、一对爬波和一对TRL探头,实现灵敏度好,焊缝全覆盖扫查(表2),工艺现场扫查图像显示及检验工艺状态良好。

为确保AUT工艺系统稳定性,对应的标准反射体信号扫查灵敏度符合要求,每道焊缝检验前需扫查1次校准试块,数据存储为焊缝AUT校准数据。

文中的3种无损检验方法(表3)对CRA海管焊缝形成了不同时期的全方位检验很大程度上相互补弱，现场施工中常在遇到疑义时相互参考判断，有助于现场检验人员判读异常信号或显示增加检验人员的经验同时有助于焊接施工工法的修改调整,第一时间避免类似缺陷再次出现。

«——【·结语·】——»

CRA海管不同于普通碳钢海管,焊接和检验专业应做好充分的技术梳理和质量风险控制,由于海上施工的特殊性,施工前,工程项目组应该组织核查各施工单位的人、机、料清单及应急备用的情况，正确认识和重视焊接预处理环节,海管有必要增加自有人员驻场检验。

理论上AUT可以覆盖CR检验区域,在AUT检验工艺成熟且被认可,焊工及检验人员技术又较成熟时,值得考虑取消CRA海管的CR检验工序,可进一步提高海管铺设工效。