大型LNG運輸船無損探傷方法及點位選擇

孫冰，韓宇，唐亮

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 采油服務(wù)分公司，天津 300452)

船舶的大型化對材料強度和焊接技術(shù)提出了更高的要求，大量厚板、高強鋼,以及自動焊接技術(shù)在船舶建造中的應(yīng)用對船舶設(shè)計建造和質(zhì)量檢驗帶來更大挑戰(zhàn)。例如,厚板焊接所使用的多層多道焊，對于焊接過程中的焊接順序，焊渣清理，熱輸入控制要求非常高，控制不好就容易出現(xiàn)內(nèi)部夾雜、裂紋等缺陷[1]，嚴(yán)重影響船舶壽命。目檢僅能發(fā)現(xiàn)焊縫表面缺陷[2]，對于內(nèi)部不可見的缺陷無能為力，需要使用無損探傷的方式對焊縫內(nèi)部質(zhì)量進行檢查。

大型LNG運輸船由于裝載超低溫液貨(-163 ℃)及服役周期長達40年的特點，對于船體結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的要求更加嚴(yán)苛。LNG運輸船貨艙處使用大量厚板且存在要求3張板精確對位的CM點，該處要求使用熔透焊的形式，焊角尺寸大，熱輸入量高，在以往項目中出現(xiàn)過裂紋，如未及時發(fā)現(xiàn)后果不堪設(shè)想。建造過程中貨艙部位需要進行臨時開口，開口面積大，而且處于水線以下，需要確保后續(xù)封堵質(zhì)量。這些重點部位都需要借助無損探傷來發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患，避免隱患發(fā)展為事故。

本文通過對大型LNG運輸船上無損探傷點位的分布及探傷方式的要求進行分析，并與船級社的無損探傷要求進行比較，嘗試對大型LNG運輸船探傷點位的設(shè)置原則進行總結(jié)。

1 常用的無損檢測方法

無損探傷是在不對被檢測體進行破壞的前提下，利用聲、光、電、磁等手段，判斷被檢測物體是否存在表面破損或內(nèi)部裂紋、夾雜等缺陷或者不均勻性。相對于破壞性檢測，無損檢測可以實現(xiàn)100%的檢測率，尤其適合作為質(zhì)量控制的手段，在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中實現(xiàn)全程控制。

目前在船舶建造檢驗過程中常用的無損檢測方法包括超聲探傷、磁粉探傷、滲透探傷、射線探傷等，由于不同的工作原理，不同的探傷方法需要應(yīng)用在不同的檢測位置，針對不同的缺陷發(fā)揮檢測作用。

1.1 超聲波探傷

適用于厚度較大的構(gòu)件檢測。超聲波探傷應(yīng)用的是聲波在不同傳輸介質(zhì)的分界面發(fā)生反射的原理，超聲波從構(gòu)件表面?zhèn)鲗?dǎo)進入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)聲波遇到夾渣、氣孔、裂紋等缺陷,以及到達材料底面時就會發(fā)生反射，通過將底面反射波形與缺陷反射波形分離即可發(fā)現(xiàn)隱藏在材料內(nèi)部的缺陷。

超聲波探傷安全、快捷、適用于對材料內(nèi)部缺陷進行檢測，但是由于輸出的是波形信息而非直觀的缺陷性狀，因此,需要有經(jīng)驗的專業(yè)工程師進行判斷才能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)缺陷。

1.2 磁粉探傷

適用于鐵磁性材料表面缺陷或接近表面的缺陷檢測，原理是通過磁化檢測工件，使其表面分布磁場，當(dāng)出現(xiàn)表面破損或缺陷時，破損處磁場強度發(fā)生變化，磁粉就會在該處顯示破損的形狀。磁粉探傷適用于薄壁工件或管材及焊縫表面的缺陷檢測，對于焊縫內(nèi)部的缺陷(氣孔、夾渣等)較難察覺，對于導(dǎo)磁性較差的奧氏體不銹鋼等不適用。

1.3 滲透(著色)探傷

適用于試件的表面缺陷檢查。滲透探傷應(yīng)用的原理是毛細作用，通過在試件噴灑滲透劑，待滲透劑滲入表面缺陷后噴灑清洗劑將表面的滲透劑清除，待試件表面干燥后再噴灑顯影劑，滲透劑通過毛細作用返回試件表面與顯影劑發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)鮮艷的紅色或黃綠色，即可判定表面缺陷。

滲透探傷使用的試劑多為便攜式罐裝，攜帶方便，但是化學(xué)試劑的使用對人體有傷害。在LNG運輸船的建造中，殷瓦鋼試件多采用滲透探傷進行表面缺陷檢測，相對于白光燈與紅色顯影劑的組合[3]，黑光燈與黃綠色熒光顯影劑的組合更合適發(fā)現(xiàn)殷瓦構(gòu)件細小的表面缺陷。

1.4 射線探傷

適用于發(fā)現(xiàn)試件內(nèi)部的夾渣、裂紋、氣孔等缺陷。射線探傷的原理與超聲波探傷類似，強度均勻的射線在均勻介質(zhì)中的衰減率是相同的，當(dāng)射線穿過夾渣、氣孔、裂紋等不均勻部位后，必然在底片上形成與正常均勻區(qū)域不同的影像，顯示出缺陷的形狀大小，但是不能顯示具體的深度。

射線探傷由于需要使用底片成像，因此，方便留下檢驗的原始記錄，而且成像較為直觀，各種缺陷一目了然，可以用來輔助驗證超聲波探傷人員技術(shù)水平。但是射線探傷使用的射線對人體有傷害，需要做好防護措施。

2 無損檢測點位的設(shè)置及檢測要求

以某17.4萬m3LNG運輸船為例，全船共設(shè)置無損探傷點位5 400個，其中超聲波探傷點位5 082個，射線探傷點位318個。

2.1 對外殼板的探傷要求

1)平板龍骨使用射線法檢測12個縱縫與大接縫的交點。

2)船底板、艏艉外板用射線法檢測214個縱縫與大接縫的交點。

3)舭列板、舷側(cè)外板、舷頂列板使用超聲法檢測248個縱縫與大接縫交點，大接縫對接焊焊點。

4)艉部外板使用超聲法檢測90個縱縫與大接縫的交點，大接縫對接焊焊點。

5)艏部外板使用超聲法檢測50個縱縫與大接縫的交點，大接縫對接焊焊點。

6)主甲板使用超聲法檢測72個縱縫與大接縫的交點。

7)穹頂甲板斜旁板使用超聲法檢測48個縱縫與大接縫的交點。

8)穹頂甲板使用超聲波法檢測108個縱縫與大接縫的交點，大接縫對接焊焊點。

9)艉部結(jié)構(gòu)使用超聲波法檢測18個鑄鋼件與外板焊接點，鑄鋼件與外板的焊接將要求100%磁粉探傷。

10)底部外板大接頭使用超聲波法檢測38個外板大接頭焊接點。

外殼板是船舶結(jié)構(gòu)中距離中心軸最遠的部分，受到最大的彎拉應(yīng)力。同時外殼板是船舶結(jié)構(gòu)中隔絕海水的第一道屏障。外殼板無損探傷使用大量射線法[4]進行檢查也是出于安全考慮。

在探傷點位的選擇上，選擇縱縫與大接縫的交點外殼板共檢測898個點(射線法236個，超聲波法662個)。

2.2 對內(nèi)殼板的探傷要求

1)雙層底使用超聲波檢測137個縱縫與大接縫的交點。

2)內(nèi)下斜旁板使用超聲波法檢測66個縱縫與大接縫的交點。

3)內(nèi)縱壁使用超聲波法檢測100個縱縫與大接縫的交點。

4)內(nèi)上斜旁使用超聲波法檢測88個縱縫與大接縫的交點。

5)內(nèi)甲板使用超聲波法檢測65個縱縫與大接縫的交點。

6)橫艙壁用超聲波法檢測158個垂縫與大接縫的交點[5]。

7)空艙水平桁用超聲波法檢測20個水平桁接縫。

8)橫艙壁底部在橫艙壁與雙層底焊接處選取10個點進行100%超聲波檢測。

9)縱向焊接詳圖處在縱向選擇64個點進行100%超聲波探傷。

10)隔離空艙底部的焊接僅在貨艙面[6]進行100%磁粉探傷。

11)縱向焊接詳圖要求處僅在貨艙面進行100%磁粉探傷。

12)內(nèi)殼板與橫艙壁處共選取1 043個點進行超聲波檢測。

2.3 在裝配階段進行的檢查

1)外殼。在裝配焊接結(jié)束時，在貨艙中部區(qū)域選取1 002個點進行超聲波檢查。

2)內(nèi)殼。在裝配焊接結(jié)束時，在貨艙中部區(qū)域選取1 309個點進行超聲波檢測。

2.4 穹頂?shù)拇瓜螨埞羌爸锌v桁

1)使用超聲波法檢測7個穹頂垂向龍骨接縫。

2)用射線法檢測8處不銹鋼嵌入板(氣穹區(qū)域)。

3)用超聲法檢測7個中縱桁接縫。

2.5 縱向型材

在船長0.4L內(nèi)，用超聲波法檢測100個縱骨接縫。選擇的檢查點均勻分布在內(nèi)殼板和外殼板上。

2.6 橫艙壁上水平型材

用超聲波檢測10個艙壁水平型材接縫。

2.7 舭龍骨

用超聲波檢測20個舭龍骨接縫。

扁鋼的焊接將進行5%的磁粉探傷。

2.8 嵌入板(液穹、氣穹和橫艙壁泄放閥處)

1)在液穹、氣穹嵌入板的半徑處選取80個點進行射線檢查(每個嵌入板檢查4個點)。

2)在氮氣保護箱選取32個點進行超聲波檢測(每個嵌入板4個)。

3)在不銹鋼插入板處選取32個點進行射線檢測(每個嵌入板4個)。

4)對于不銹鋼與不銹鋼的焊接以及不銹鋼與碳鋼的焊接進行100%滲透探傷檢驗。

2.9 全熔透焊接

1)在橫隔艙底部、頂部雙層底全熔透填角焊區(qū)域和肋板插入板位置選取504個點進行超聲波檢測。

2)舷側(cè)工藝門(外板4個，內(nèi)殼4個)。

3)在外殼板開孔處進行100%超聲波探傷。

4)在內(nèi)殼板開孔處進行100%超聲波探傷。

2.10 起重設(shè)備(吊機、救生筏吊等)

對起重設(shè)備(包括艇架、救生筏吊等)和船體結(jié)構(gòu)的焊接進行100%磁粉探傷，甲板上的吊機基座需要進行100%超聲波探傷，并在負載試驗后進行磁粉探傷。

2.11 系泊設(shè)備

對系泊設(shè)備(帶纜樁、絞車和錨絞機基座等)和甲板的焊接進行100%超聲波探傷及磁粉探傷。

2.12 大型肘板

對大型肘板選取10個點進行100%超聲波探傷。

2.13 其他位置

選取818個點進行檢查(射線檢測104個，超聲波檢測714個)。

3 無損探傷過程中需要關(guān)注的重點

1)所有的碳鋼上的臨時工藝孔應(yīng)做UT檢驗，所有的不銹鋼與碳鋼的焊縫應(yīng)100%做RT檢驗。

2)當(dāng)有開孔的焊縫沒有加強筋或者面板加強時，該焊縫應(yīng)做UT或者RT檢驗(RT檢驗應(yīng)覆蓋開孔處焊縫端部500 mm的范圍)。

3)貨艙面所有需要打磨的焊縫需要做100%磁粉探傷。

4)上下斜旁板的熔透焊縫及橫隔艙與內(nèi)底板的熔透焊縫應(yīng)做100%UT，貨艙面100%磁粉探傷。

5)穹頂甲板、內(nèi)甲板、內(nèi)底板及外板的分段大接頭焊縫及相鄰熱影響區(qū)應(yīng)100%UT。

6)與吊車基座及系泊設(shè)備相關(guān)的焊接應(yīng)該做100%UT。

7)對其他的細節(jié)部分，船東可以在船級社規(guī)定的監(jiān)測基礎(chǔ)上額外增加30%的檢測點。在不影響船廠建造計劃的前提下，允許船東及船檢的探傷專家增加UT、MT和PT的點位，船廠應(yīng)安排合理的時間完成增加的探傷。

8)水密艙壁上的吊環(huán)在割除以后，與吊環(huán)相連接的板材應(yīng)做100%磁粉探傷以及超聲波探傷。

9)對氮氣保護箱周邊的焊接需要進行100%PT檢驗。

10)不得對檢驗區(qū)域做特別處理。

11)船廠需要保存所有的無損探傷記錄供船級社和船東檢查。

4 結(jié)論

根據(jù)對全船探傷圖的分析，結(jié)合船級社對無損探傷位置及方法的要求，可以得出以下結(jié)論。

船體結(jié)構(gòu)中熔透焊的部分根據(jù)板厚和位置需要按照不同的比例進行超聲波探傷；存在密性需求，但是不方便進行水壓或者真空試驗的位置可以使用超聲探傷的方式替代；LNG運輸船上設(shè)置不銹鋼的部位通常有可能直接接觸超低溫液化天然氣，因此，不銹鋼嵌入板或者部件的焊接質(zhì)量需要格外關(guān)注，做RT檢驗。