CTOD试验评定在海洋平台建造中的应用
基于CTOD与SINTAP的海洋用钢断裂韧度评定
Ｓ Ｉ Ｎ Ｔ Ａ Ｐ的 ３级 评 定方 法得 到海 工 用钢 的 Ｃ Ｔ Ｏ Ｄ的 失效评 定 曲线 （ Ｆ Ａ Ｄ） 。通过 分析 材 料 Ｃ Ｔ Ｏ Ｄ值
在 失 效评 定 曲线 图上所 处 的位 置 ，对海 工 用钢 Ｅ Ｑ ７ ０ （ ６ ０ ｍ ｍ） ， Ｅ Ｑ ７ ０ （ ３ ８ ｍ ｍ） ，Ｅ Ｑ ５ ６ （ ３ ８ ｍｍ） 钢 的
断 裂韧 度 进 行 了评 定 。结 果表 明 ，这 三种 钢 的 Ｃ Ｔ Ｏ Ｄ值 均在 失效 评 定 曲 线 图 中可 接 受 区域 内 ，
它们 的断裂韧 度 均合格 。
关 键 词 ：焊 接 ；Ｃ Ｔ Ｏ Ｄ；Ｓ Ｉ Ｎ Ｔ Ａ Ｐ ；海 工 用钢 ；Ｆ Ａ Ｄ；评 定 方 法
中 图分类 号 ： Ｔ Ｇ１ １ ５ ． ５ ７
ｒ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｉ ｒ ｎ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｅ Ｑ ７ ０ （ ６ ０ ｍ ｍ） ， Ｅ Ｑ ７ ０ （ ３ ８ ｍ ｍ） ａ ｎ ｄ Ｅ Ｑ ５ ６ （ ３ ８ ｍ ｍ） ｗ ａ ｓ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｔ ｉ ｐ ｏ ｐ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ （ Ｃ Ｔ ＯＤ）ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ￣ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｔ ｏ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒａ ｆ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｉ ｒ ｎ ｅ
Ｓ ＵＮ Ｙａ ｎ ｇ ｙ ａ ｎｇ，ＭＩ ＡＯ Ｚｈ ａ ｎ ｇ ｍｕ，Ｍ Ｉ ＡＯ Ｔｉ ｎ ｇ，ＸＩ ＡＮＧ Ｗｅ ｉ
6.海洋工程结构大厚度板-25度断裂韧性研究与应用1
序号 1 2
焊接方法
埋弧焊（SAW） 埋弧焊（SAW） +药芯焊(FCAW)
坡口形式 K型 K型
焊接材料
焊接位置
碳素钢焊材 、低合金 钢焊材
碳素钢焊材 、低合金 钢焊材
1G
1G(埋弧焊) 2G（药芯焊）
中国石油海洋工程有限公司
中国石油海洋工程有限公司
三、焊材初选
2、埋弧焊材的选择
根据焊材的合金系不同，选择碳素钢与低合金钢见下表两个焊接材料组合,对其 性能进行对比。
1）碳素钢焊材，最低屈服强度70PSI（420MPA），例如：LA-71/880M
（AWS A AWS A5.17 EM14K ）
2）低合金钢焊材，最低屈服强度80PSI（480MPA） ，例如： Ni1K/8500
但对于TMCP钢、调质状态的高强钢，使用焊后热处理 就不容易改善其接头的断裂韧度，甚至产生强度整个接头 强度降低/韧性反而下降等严重的副作用；而对于一些Cr 、Mo钢还会产生再热裂纹。
中国石油海洋工程有限公司
一、序 言
对于海洋石油平台、导管架结构，不可能进行整体热处 理，所进行的只能是局部热处理。然而，局部热处理对焊 接残余应力的消除效果有限，在拘束严重的海洋石油平台 导管架的K/T/Y节点部位，可能会产生PWHT（焊后热 处理）之后残余应力水平反而上升的现象，只不过一般不 去通过必要的检测手段（如盲孔法、便携式的X射线衍射 方法）去进行检查其消应效果，问题被一、序 言 本次研究的是JZ9-3项目导管架建造过程中的厚板焊接问题： 根据项目技术规格书要求，大于50毫米以上的钢板需进 行焊后退火或-25℃ CTOD试验。该项目50毫米以上钢板 需焊接的长度和接头数量等具体数据见下表：
海底管道环焊缝PAUT+TOFD检测认证与应用
海底管道是海洋油气输送的生命线，海底管道铺设的质量对保证管道安全运行、海洋环境保护、控制运行成本具有非常重要的作用。
近年来，随着相控阵超声检测技术的快速发展，其高效、环保、准确的优势得到了充分体现，逐渐成为了海洋石油管道铺设的主要检测方法之一。
海底管道尺寸较小，管道铺设采用流水线作业，随着焊接及铺管整体效率的不断提升，检测效率及准确性的要求亦越来越高。
依据标准DNV-ST-F101—2017《海底管线系统规范》要求，海底管道铺设焊缝检测需进行检测系统认证，评估检测系统的检出率（POD）及可重复性，以确保检测系统在现场应用过程中的准确性及可靠性。
笔者制作了一系列不同类型、不同尺寸的焊接缺陷，分别进行PAUT+TOFD 检测及宏观切片测试，记录缺陷的所有数据，运用统计学分析方法评估得出30%评定阈值90%检出率95%可信度条件下的POD值为0.9 mm，以为工程应用提供技术支撑。
相控阵超声检测原理01相控阵超声检测基本原理为：使用阵列超声单元产生超声波束，通过建立聚焦法则控制每个激发阵列单元的发射和接收时间，从而产生多个超声波束，通过控制阵列的激发和接收时间，控制波束角度、聚焦深度、聚焦尺寸等参数，实现工件的快速扫描成像。
相控阵超声波束生成和偏转示意如图1所示。
图1 相控阵超声波束生成和偏转示意相控阵探头由一系列独立的晶片构成，每个晶片都有独立的接头，每个阵元能被独立激发，并且可以通过改变阵元之间的激发延时，沿着阵元排列方向对阵元进行依次激发，从而实现单个波的干涉，获得指定的声束角度和聚焦位置。
超声波衍射时差法（TOFD）检测采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。
发射探头产生非聚焦纵波波束并以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被接收探头接收。
接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号并计算其时差来确定缺陷的位置和自身高度。
TOFD检测原理如图2所示。
厚钢板焊接线能量和板厚与CTOD之间的回归分析
第一 次 板厚 （ ） 别 为 ６ ． 、８ ０ｍｍ 的 Ｅ ０ Ｂ分 Ｏ ０ ３． Ｑ７
一
焊接 材料 是 从美 国进 口的 Ｃ ｎｒ８ ， ｏ ａｃ０ 等级 为
收稿 日期 ：Ｏ Ｏ０—８ ２ ｌ一５１
修 回 日期 ：Ｏ Ｏ０—９ ２ ｌ一６０ 作者简介 ： 张凤 武 （ ９ ５）男 ， 士 生 。 １８ 一 ， 硕
Ｅ＼ ＱＯ ７
， ，
Ｅ ５ ９６
ｆ
温 度为 一 ｌ ， Ｏ℃ 整个 试验 装置 及记 录仪器 见 图 ２ 。
实 验后 对各个 焊 接 接头 进 行 有 效性 检 验 ， 括 原 包
始 裂纹 长度 的有效 性 、 劳预 制裂 纹 的有 效性 （ 疲 长 度 、 向及其 平 直度 ） 试样 切 口加 工前 的金 相 学 方 ，
中 图分 类 号 ： ７ ． ３ Ｕ６ １８ 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １７ ５ （０ １ ０ —０ ３０ １７ —９ ３ ２ １ ） ３０ ８ —５
近 年来 由英 国焊 接 所 提 出 的测 试 断 裂 参 量 裂 纹尖 端 张 开 位 移 （ Ｔ Ｃ ＯＤ） Ｂ 一７ ４ 的 Ｓ ４ ８断 裂 韧 性 试 验标 准 ， 到 国 际 焊 接 学 会 的 重 视 并 予 以 受
图 ２ 试 验 装 置 及 记 录 仪 器 示 意
表 ３ 焊 材 化 学 成 分
表 ４ 第 一 焊 接 工 艺
８ ４
厚钢板焊接线能量和板厚 与 Ｃ Ｄ之间的 回归分析——张凤武 ， ＴＯ 苗张木 ， 陈小娟 ， 晓畅 冷
试 验后 所得 试 样 焊 缝位 置 （ Ｐ 的主 要 特 征 ｗ ） Ｃ Ｄ值 见 表 ６ ７ ＴＯ 、 。表 中 是 脆 性 失 稳 的
海洋平台用钢D36超大厚度焊接接头CTOD试验
形状因子 ,计算公式为
f
(
a0 W
)
=
3(
a0 W
)
0.
5
[
1
.
99
-
(
a0 ) W
(1
-
a0 ) W
(2. 15
-
3. 93 a0 W
+
2. 7 a0) W
]
。
2 (1 + 2 a0) (1 - a0) 1. 5
W
W
2. 2 试样有效性判断 BS7448 标准对母材金属有效试样规定为 :平均
裂纹深度为 a0 = 0. 45～0. 55 W ,裂纹前缘任意两个 裂纹深度的差值均不大于 10 % a0 ,但对焊接接头断 裂韧度试样有所放宽 ,其具体要求如下 。
始裂纹长度 a0 ,分别在预制疲劳裂纹前缘和稳定扩 展裂纹前缘 ,沿试件厚度方向等间距的 9 点上测量
初始裂纹长度 a0 i ( i = 1 ,2 , …,9) 和裂纹扩展后长度 ai ,其中最外侧点位于距试样表面内 1 % B 处 。采
用下式计算平均裂纹长度 ,即
∑ ai
=
1 8
(
a1
+ 2
a9
+
(1. 深圳赤湾胜宝旺工程有限公司 , 广东 深圳 518068 ; 2. 天津大学 材料科学与工程学院 , 天津 300072)
摘 要 : 依据英国标准 BS7448 断裂韧度试验标准 ( ISO/ TC164/ SC4 - N400) 和 DNV - OS - C401 ,采用埋弧焊和 CO2 气体保护焊工艺对国产钢板板厚为 80 mm 的海洋石油平台 导管架对接接头试样进行了低温裂纹尖端张开位移 (CTOD) 试验 。测试了零度下该工 艺的焊缝和热影响区的 CTOD 断裂韧度 ,探讨了这种大厚板焊接接头在埋弧焊和 CO2 气体保护焊工艺下免除焊后热处理的可能性 ,为海洋平台施工建造提供科学依据 。 关键词 : 焊接接头 ; 裂纹尖端张开位移 ; 断裂韧度 中图分类号 : TG115. 28 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 360X(2007) 08 - 103 - 05
CTOD试验评定在海洋平台建造中的应用
图３ ＣＴ ＯＤ试验装置示意图
试验件 的下料 、 焊接、 Ｎ Ｄ Ｔ检测 及切 割工作 都 是 由深 圳赤 湾 胜宝 旺公 司完成 ， 在 以上 各个 环节 的加 工过程 ， 胜 宝旺公 司都 做 了详细 的记 录 ， 而且加工过程 都经 过 Ｎ Ｆ Ｘ和 Ｃ Ｏ Ｏ Ｅ Ｃ相关人 员见
受载前（ 原始 ） 裂纹
受载后裂纹
处理 ， 不仅可以减少施工成本 ， 而且可 以大大缩减施工环节。
图 ２ 裂纹尖端张开位移
１ 工 程概 况
陆丰 ７ ２ 油 田位于约东 经 ２ － １ 。 ４ ４ ， 北纬 １ １ ６ 。 ０ ２ 的位 置 ， 属 于
１ ６ 一 ｏ ５ 原油生产分成合 同区块 ， 该 区块位 于南 中 国海 。Ｃ Ｎ Ｏ Ｏ Ｃ与
严重影 响工期 ， 给施工带来极 大不便 ， 根据挪威船 级社 标准 （ Ｄ Ｎ Ｖ － Ｏ Ｓ － Ｃ ４ ０ １ ） Ｌ １ ］ ， 可 以通过对 焊接接头 进行 Ｃ Ｔ Ｏ Ｄ试验 来免 除焊后 热
焊、 单丝埋弧 自动焊和 双丝埋 弧 自动焊 ， 焊接位 置为平 焊和 立焊 ， 其 中立焊为立 向上焊 。
力， 在实验 中， 把待测焊接接头做成 带有 预制裂纹 的试样 ， 加 外载 形坡 口试件 ， 热影 响区机械缺 口位 于与熔合线 平齐位 置 。机械 缺 后， 裂纹尖 端有 一个 张 开位 移—— ｃ Ｔ ０ Ｄ值 可被 测 定 （ 见图 ３ ） 。 口根部半径 ０ ． １ ２ ｍ ｍ， 开 口小于 ６ ｏ 。 ， 深度 为试 件宽度的 ４ ５ ％。在
Ｃ Ｔ Ｏ Ｄ值越大 ， 表示材料抵抗开裂 的性 能越好 ， 即韧 性越好 ， Ｃ Ｔ Ｏ Ｄ 预制疲劳裂纹之前 ， 每个试件都要采 用局部压 缩方法 减少焊缝 中 值越小 ， 表示材料抵抗 开裂的性能越差 ， 即韧性越差 Ｊ 。 心部位 的焊接残余 应力 ， 加 载直径 为 ３ ０ ｍ ｍ， 载荷为 ７ ５ ０ ｋ Ｎ 。每
SY-T 10030-2004 海上固定平台规划 设计和建造的推荐作法 工作应力设计法
10 焊接10.1 概述10.1.1 规范应当按照美国焊接协会结构焊接规范AWS D1.1-88的如下适用章节进行焊接和焊接工艺评定：1.第一章到第六章适用于任何焊接钢结构建造；2.第八章适用于一般的钢板和钢结构型钢的结构焊接，例如甲板部分；3.第十章适用于管状结构。
10.1.2 焊接程序所有的焊接工作都应有书面的焊接程序，即使预先已经经过评定。
焊接参数应在焊接程序中予以规定，并在焊接作业中予以遵守。
10.1.2 焊接程序限制条件10.1.3.a除封底焊外，对于屈服强度大于等于276MPa(40ksi)的钢材的焊接，或焊缝厚度超过12.7mm(1/2in)的焊缝都应采用低氢焊接工艺（低于15mL/100g）。
10.1.3.b采用外部气体保护电弧焊的所有焊接都应采取防风措施。
10.1.3.c采用熔化极气体保护焊（GMAW）的焊接程序，在施焊之前都应按照AWS D1.1-88, section 5的规定加以试验证明，以获得所希望的焊接性能和质量。
一般地说，短路过渡型式的GMAW应限于次要或不重要结构的焊接以及通过试验评定过的焊接程序的封底焊。
10.1.3.d 不管采用什么焊接工艺，当盖面焊缝施焊的热量小于25kJ/in时，盖面焊缝不应采用下向施焊，除非对用热影响区的硬度加以评定。
对于焊接程序范围内的最大厚度和最大的钢材碳当量，应取宏观断面以做硬度试验，且盖面焊缝的预热温度不高于焊接程序中指定的最小预热温度，在试样的任意点，热影响区的最大硬度不应超过325HV10。
10.1.4 焊工和焊接操作者应按指定类型的焊接工作对焊工进行考核，并颁发资格证书。
资格证书中应说明焊接材料、焊接工艺、焊条种类、焊接位置和资格限制。
10.2 资格10.2.1 概述焊接程序、焊工和焊接操作者应按AWS D1.1-88规定和本节进一步的要求进行资格考核。
10.2.2 冲击要求当焊接程序需要用试验进行评定时（即当焊接程序未曾评定时，也没有类似情况的冲击特性资料，或者要使用原先评定过的基本焊接参数范围以外的焊接消耗材料时），评定内容应包括焊缝中焊接金属的摆锤式V形缺口冲击试验。
海洋钢结构大尺寸焊接接头CTOD断裂韧性试验与分析
22．试验与研究焊接技术第42卷第6期2013年6月文章编号：1002—025X12013)06—0022—03海洋钢结构大尺寸焊接接头C T O D断裂韧性试验与分析舒欣欣，孙紫麾，顾天宝，史晓建，韦生，白鲲(海洋石油1：程股份有限公司建造公司，天津300452)摘要：依据英国B S7448断裂韧性试验标；住，研究了超大板厚碳钢焊接接头的低温断裂韧性(裂纹尖端张开位移(C T O D))针对厚为95n1In和60n¨11的钢板分别开发了埋弧焊(SA W)和药芯保护焊(FC A W)2种焊接工艺，并研究了低温服役条件下(0oC)2种焊接工艺焊接接头各区(包括焊缝区和热影响区)的断裂韧性研究结果表明，所有试样均满足最小特征C T O D值O．15m m的要求本研究结果可为厚95m i l l的I)36钢板埋弧焊和厚60nl m的D36钢板药芯保护焊焊接接头免除焊后热处理提供依据关键词：海：}钢结构：英国B S7448标准；大壁厚焊接接头；裂纹戋端张哥位移(C7FO D)；断裂韧性中图分类号：T C,407文献标志码：B0序言海洋钢结构往往是采用焊接的方式建造而成，由于受其结构形式复杂、服役环境恶劣，同时由于焊接过程中的不均匀热循环导致的应力集中、残余应力、焊接微缺陷及接头组织不一致等因素的影响．海洋钢结构极易在服役过程中发生早期突然失效一众所周知．焊接接头的韧性随着钢板厚度的增大而下降．目前．国家海洋战略要求挺进南海深海领域．要求钢板厚度随导管架的高度增加而不断加大一随之带来的是建造难度加大、丁期相应延长．．．对大型钢结构的导管架进行整体热处理既不经济，也是不现实的．而通过对导管架相应危险部分的焊接接头按照相关标准规定进行力学性能试验．试验结果达到规定要求以免除焊后热处理，是最经济且可行的方法，对大型导管架海洋钢结构来说，可以通过选择恰当的焊接材料、合理的焊接T艺并通过正交试验获得优化的焊接T-艺参数，保证焊接接头具有足够高的韧性，以达到免除焊后热处理的目的?国内外的研究结果表明，裂纹尖端张开位移(C T O D)是评价海洋大厚壁钢结构钢材及焊接接头韧性的重要参收稿日期：20l3—03—07量．与传统的V形夏比冲击试验结果相比，断裂韧性更能有效准确地反映钢材或焊接接头的抵抗开裂能力．断裂韧性试验结果可以优化焊接T艺及焊前、焊后热处理T艺，从而为海洋平台焊接结构的可靠性评价提供依据。
海洋平台管节点裂纹损伤边界处理简化方法
华中科技大学硕士学位论文海洋平台管节点裂纹损伤边界处理简化方法姓名：唐齐进申请学位级别：硕士专业：水下工程指导教师：赵耀20090501华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘要在最近的几十年中，随着陆上石油资源的日益枯竭，海洋石油逐渐变成未来石油的主要产地，海洋石油钻井平台得到了迅猛发展。
其中的部分海洋平台主要结构是顶部平台和底部浮体两部分组成。
而这两部分主要是靠底部立柱和横撑管结构来进行平台连接和支撑。
这种管与管相贯的结构承受着总体结构中大部分的应力。
由此可见管件在整个平台结构中占有比较重要的地位。
在平台的制造过程中，圆管和圆管的连接都是以焊接的形式完成的，并且圆管构件大部分处于水线附近，更易受到腐蚀和风浪载荷的影响。
久而久之，在风浪等循环载荷的作用下，管节点处的焊缝就有可能发生塑性变形。
当这种塑性变形到达一定的程度，就会在圆管的表面产生裂纹。
在这个过程中，虽然整体应力远低于弹性极限，但是由于应力集中，在杂质和缺口处的局部应力也可以超过屈服极限。
应此，这就会在很小的范围内发生局部塑性变形。
T型管节点处的焊缝是整个海洋平台结构中受集中力比较大的位置，所以最容易产生壁穿裂纹。
在实际工程中需要对T型管节点裂纹的扩展情况进行计算，CTOD值是一个很好的反映裂纹扩展的参数。
但是对于T型管相贯这种结构的管节点裂纹CTOD值的计算过于复杂，所以我们要找到在什么情况下，可以用裂纹截面刚性固定管的裂纹CTOD值计算来代替T型管CTOD值，进而对平台的安全性进行估算。
本文采用有限元法来研究裂纹的钝化过程，在有限元分析软件ABAQUS中进行裂纹尖端钝化过程的模拟，然后对不同边界条件下裂纹管件CTOD值进行对比。
第一章阐述了本课题研究的必要性和研究的主要内容。
第二章主要介绍了T型管裂纹扩展的原理和CTOD相关理论。
第三章对ABAQUS裂纹钝化建模的合理性进行论证，通过一系列平板模型CTOD值与利用Dugdale方法算出的解析解相对比，得出使用有限元仿真软件模拟裂纹钝化及扩展过程的是可能而且适用的。
例析TOFD检测技术在海底管道的应用
例析TOFD检测技术在海底管道的应用1TOFD检测技术简介1.1检测原理TOFD检测是利用大扩散角探头对，在声束覆盖范围内的工件上采集缺陷的端点衍射信号，从而来发现缺陷并对之进行定位。
衍射时差法（TOFD）是一种依靠从待检试件内部结构的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法。
超声波入射到线性缺陷上时，它除了普通的反射波以外，在两端还会发生衍射。
衍射能量在很大的角度范围内传播至接收探头，可测量缺陷自身高度。
除了缺陷的衍射能量以外，TOFD法还检测两个探头间直接传播的直通波和未受缺陷影响直接抵达试件内壁的内壁反射信号也称之为底面波。
TOFD可以用直通波和底面反射波作参照，缺陷的深度是从直通波与衍射脉冲的时差来计算的。
TOFD技术将采集到的A扫信号，经过数据处理后与编码器所采集的探头位置信息一一对应，即得到了TOFD探伤的最原始数据，TOFD分析都是基于这个阶段存储的序列A扫信息，所以任何TOFD设备都不可能在缺少序列A扫的情况下对缺陷进行更详细的图像处理和分析，换言之，图像分析的第一步是对序列A扫波形的分析。
1.2超声衍射时差（TOFD）检测技术扫查图像的形成在每个A扫信号上根据采样周期对其进行采样，每个样点在屏幕上分配相同的宽度和高度，在显示屏对应一个像素，根据其振幅确定每个像素的灰度，其中纯白表示100%FSH，经过在0%位置的中间灰色，到纯黑色的－100%FSH，这样一个超声波A扫信号转换为由许多淡灰色和深灰色的色点交替组成的一行。
利用计算机技术、图像处理技术和专用软件强大的处理功能，通过对TOFD 图像离线分析，可对缺陷进行精确定性、定位、定量。
1.4TOFD技术特点1.4.1TOFD技术的可靠性好。
由于其主要是利用衍射波进行检测，而衍射信号不受声束影响，任何方向的缺陷都能有效地发现，使该技术具有很高的缺陷检出率。
国外研究机构的缺陷检出率的试验得出的评价是：手工UT，50%～70%；TOFD，70%～90%；机械扫查UT+TOFD，80%～95%。
海上固定式平台建造安装技术
●
能自动称出大型结构物重量及重心。
精 度 在 1% 之 内 ， 称重能力 达 8000 吨 ， 使我国大 型结构称 重技术达 到世界领 先水平。
（七）检验技术
⒈ T K管节点超声波检验技术
⒉ 便携式超声波探伤仪焊缝缺陷定位、定量系
统开发及应用（T K Y管节点）
●
●
把计算机技术和超声波检验技术集成。
（三）焊接技术
⒈ T、K、Y管节点6GR手工电弧焊技术。
⒉ 大型厚壁管节点局部热处理技术。
⒊ 海管高效焊接技术（半自动焊、全自动焊）。
⒋ 节点断裂韧性评估技术（满足BS7448断裂韧
性试验标准和DNV-OS-C401海洋结构制造试 验标准的CTOD实验技术。
（四）尺寸控制技术
（局部基准坐标网误差分析方法的研究及软件开发）
尺寸控制的被动局面，填补国内尺寸控 制技术一项空白达到当今世界先进水平。
（五）分片、分块预制，整体翻转合拢总装技术
（六）称重技术（大型结构物自动称重设备研制）
● 计算机同步顶升、下降、调平、自动控制技术。
●
● ●
测控集成软件包开发及测量系统集成化。
自动报警及全过程监控。 以工控机为核心将压力传虑器、位移传虑器、状 态设置开关、油泵换向阀、油管、超高压电磁阀 进行网络监控。
海上安装设备简介
公司拥有大中型海上施工船舶12艘，其 中包括起重能力为3800吨的全旋转起重铺 管船，能够铺设4—60英寸海底管线的起重 铺管船及载重量为29300吨的大型运输驳船 等。 公司还拥有6台液压打桩棰、2台管线 挖钩机、1台电缆挖沟机、3台灌浆机等大 型海上施工设备。
海上安装设备简介
研究出几种适合局部基准坐标网误差分析方法， 通过数值分析确定出一个最准确的方法满足在指定 范围内给定精度的基准坐标网的误差分析。
CTOD试验在船舶制造中的应用
CTOD试验在船舶制造中的应用CTOD：Crack Tip Opening Displacement. 裂纹尖端张开位移1、CTOD是为了检查材料和焊缝抗裂能力的，CTOD值越大，反应材料本身或焊接工艺越好，它检测的材料或焊缝的韧性，材料在低温情况下韧性会变差，所以低温海域对其要求更为严格。
2采用这种方法的原因是中高强度厚板和焊缝，由于本身缺陷或焊接延迟裂纹等因素无法用热处理或焊后热处理或为了节省热处理的费用，而采取的一种试验手段。
*所以必须在合同中确认做CTOD必须免除焊后热处理。
3、CTOD的国际通用规范是BS7448，规定的是试验试样的制作和试验方法，是个试验规范。
4、EEMUA 4.4.4(f) 只提到了一些试验的要求如试样不少于5个，温度偏差不大于2度，及试样制作和试验时间不超过21天等。
5、最终在什么情况下要求做CTOD还应该由船东提出按照的具体规范或直接提出要求，如DNV-OS-C101 ，DNV-OS-C201对于要在同一地点服役5年以上的海洋结构物，当设计温度在+100C 以下、特殊的连接部位、连接部件中至少有一个部件的屈服极限≥420MPa。
DNV-OS-C401[15]它规定屈服强度超过350MPa的钢板，其焊接接头（焊缝中心和熔合线）必须做CTOD试验。
它对熔合线试样的疲劳裂纹位置作了严格要求，以严格保证有效试样的疲劳裂纹准确位于试样熔合线上。
挪威规范NORSK STANDARD M101 [17]。
它规定钢板厚度超过50mm的焊接接头必须做CTOD试验；若屈服强度超过500MPa时，则钢板厚度大于30mm，其焊接接头就必须做CTOD试验。
还包括其他情况，可总结成下表。
需要特别强调的是，该规范指出：如果CTOD值足够，则焊接接头可以免除焊后热处理NORSK STANDARD 焊接接头是否做CTOD的规定6、国内目前比较领先的应该是武汉理工大学：苗张木博士业绩一、上海外高桥造船有限公司合作，全厚度低温-180C, 板厚72～80mm,母材日本F36高强钢，对接焊缝，手工电弧焊。
海洋平台焊接接头大型CTOD低温试验
海洋平台焊接接头大型CTOD低温试验杨新岐;王东坡;王文先;阳代军;李小魏;李磊;曹军【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2003(018)001【摘要】依据英国BS 7448断裂韧性试验标准,对焊接接头超大尺寸低温裂纹尖端张开位移(CTOD)试验测试技术进行了探讨,对采用手工焊(SAMW)与埋弧焊(SMW)工艺施焊的、板厚为63.5mm的海洋石油平台焊接接头试样进行了CTOD试验,分别测试了-18℃下两种工艺焊缝金属和热影响区的CTOD断裂韧性,对试验结果及试验中的有关技术问题进行了分析讨论.试验结果为评价这种板厚焊接接头的焊后热处理规范提供了依据.【总页数】6页(P33-38)【作者】杨新岐;王东坡;王文先;阳代军;李小魏;李磊;曹军【作者单位】天津大学材料科学与工程学院,天津,300072;天津大学材料科学与工程学院,天津,300072;天津大学材料科学与工程学院,天津,300072;天津大学材料科学与工程学院,天津,300072;海洋石油工程股份有限公司,天津,300452;海洋石油工程股份有限公司,天津,300452;海洋石油工程股份有限公司,天津,300452【正文语种】中文【中图分类】TG404【相关文献】1.海洋平台大厚度异种钢焊接接头的CTOD试验探究 [J], 侯文辉;郭毅;李红艳;刘涛2.海洋平台用钢D36超大厚度焊接接头CTOD试验 [J], 王志坚;蒋军;王东坡;邓彩艳3.海洋石油平台焊接接头大型CTOD试验 [J], 杨新岐;王东坡;李小魏;李磊;曹军4.海洋平台高强钢Q690E焊接接头CTOD的研究 [J], 杜渝;吴世品;张华军;包孔5.郑—CTOD断裂韧性试验在低温钢焊接接头的研究 [J], 杨健;陈真因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
CTOD试验方法在海上风电导管架制作上的应用
CTOD试验方法在海上风电导管架制作上的应用
刘华欣
【期刊名称】《金属加工（热加工）》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】为了确保海上风电导管架制作的可靠性和安全性,焊接接头的断裂行为研究就变得至关重要。
通过分别从CTOD(裂纹尖端张开位移)的概念和某产品CTOD 试验方法介绍焊接接头断裂韧度评定,为海上风电行业提供一种新型的设计和评估方法,以提高海上风电导管架的性能和可持续发展能力;同时,对比其经济性和高效性,为推广应用提供数据支持。
【总页数】7页(P54-60)
【作者】刘华欣
【作者单位】宏华海洋油气装备(江苏)有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】R47
【相关文献】
1.三维数值波浪水池在海上导管架平台上的应用
2.模型试验技术在海上浮式风电开发中的应用
3.导管架一体化建造在海上油田建设工程的应用
4.浮式稳桩平台在海上风电深水导管架桩基施工中的应用
5.埋弧自动横焊在海上风电导管架吸力桶环缝焊接的应用
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CTOD高效焊接工艺在海工装备制造业的应用
三、 现 状 检 查
经查焊材 资料和公 司的焊材 复验和 PQR数据， DWA55LSR 焊材热处 理后，材 料强度和 冲击韧性 都变差， 如表1，表 2所示：
表1
三、 现 状 检 查
可见，选择合适 的焊接方法和材 料，制定出适用 的焊接工艺和焊 后热处理，提高 焊接接头韧性， 会消耗大量的人 力和物力，浪费 能源、降低企业 效益；选择增做 CTOD试验，既 能改进质量、降 低消耗，提高经 济效益。
力学性能试验以及CTOD试验外协。试 验室要具有做CTOD的设备和资质。
焊材选用受限，选用做过CTOD试验的 焊材，焊材厂家需要提供有相关CTOD 试验资料的焊材。 母材的交货状态为TMCP，不受热处 理影响。 不需要专业热处理工。 不需要热处理。 不需要热处理，不占用
材料
焊材选择受限，焊材熔敷金属可以经过热处理， 力学性能还要达到标准要求；选用可以处理的焊 材。某些情况下，热处理后的焊材冲击韧性在热 处理后降低。
1
2
没有船东船检认可的包 含CTOD试验焊接工艺 评定程序文件
没有依照的程序文件进行试 验和验收
3
CTOD试验技术和经验 不足
国内CTOD试验比不上国外， 而且试验费用高 焊材力学性能不稳定或不好 ，将导致力学性能试验和 CTOD试验不通过
4
5
As Welded (Lot AX02185)
表2
PWHT (Lot AX02185) : temp 620C, time 1hr
高效焊接工艺与降本增效 四、目 标 确 定
四、 目 标 确 定
选定焊接工艺参数，提高焊接接头韧性，确保超高强度钢焊接试板 力学性能达到标准、项目规格书、工艺文件和船东要求。确保CTOD 的试验成功，满足CTOD 尖端开口距离不小于0.25mm的目标（标准 规定不小于0.15mm）。 完成拥有自主知识产权的带有CTOD试验数据的工艺报告和工艺文件， 实现集团内CTOD试验工艺文件的零突破。确保工程顺利进行，提高工 程质量，改善施工工艺和环境，提高经济效益。 争取在TTR项目上节约成本200万。
几种新型水下检测技术在国内海洋石油工程中的应用
几种新型水下检测技术在国内海洋石油工程中的应用栾涛;江锦;刘朋;刘丰【摘要】海洋油气设施的水下检测对其结构安全具有重要意义,水下检测作为一门特殊的行业已逐步发展成熟,但由于海洋油气设施及水下结构、水下工况的多样化与复杂化,水下检测从技术装备到施工工艺都有较大的变化,并出现了一些新的检测技术及工艺.介绍了几种水下检测新技术、新工艺在国内海洋石油工程中的应用,DIDSON双频识别声呐检测技术为水下低能见度工况下的检测提供了一种新方式,ROV及检测设备的组合应用开辟了深水环境的检测工艺,实现潜水支持船与FPSO的同步旋转,为海洋石油单点设施的检测创造了条件.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2017(043)005【总页数】4页(P73-75,79)【关键词】水下检测;进水杆件探测;双频识别声呐;水下机器人【作者】栾涛;江锦;刘朋;刘丰【作者单位】海洋石油工程股份有限公司,天津300461;海洋石油工程股份有限公司,天津300461;海洋石油工程股份有限公司,天津300461;海洋石油工程股份有限公司,天津300461【正文语种】中文水下检测作为一门新兴工程学科，集成了现代海洋工程技术、无损检测技术、潜水技术、潜水医学以及结构力学、断裂力学等学科。
从最早的20世纪70年代英国、挪威等提出海洋平台水下检测以来，水下检测从工程技术、装备等都发展到一个较为成熟的行业。
由于海洋石油开发热潮越来越高，海洋平台数量呈现爆炸式增长。
世界各海洋石油生产国对海上工程结构物的水下定量检测与安全性评估十分重视，同时由于海洋油气设施的复杂性以及多样性，水下检测技术近年来从技术装备到应用范围也有了崭新发展。
根据国内外一些权威船级社以及行业内一般做法，水下检测一般可分为三种类型：（1）I类检测，又叫绿色检测，是指一般的目视检测，不需清理海生物，一般是对结构的整体做概貌性的检测。
（2）II类检测，又叫蓝色检测，是在清理表面海生物后所作的近距离的目视检测，一般可借助皮尺、量具等简单的测量工具。
海洋工程施工中的新技术应用
海洋工程施工中的新技术应用在人类不断探索和利用海洋资源的进程中，海洋工程施工领域的新技术层出不穷，为海洋开发带来了前所未有的机遇和挑战。
这些新技术不仅提高了施工效率和质量，还降低了成本和风险，对海洋经济的可持续发展具有重要意义。
一、深海探测与监测技术深海环境复杂而神秘，要进行有效的工程施工，首先需要对深海进行精确的探测和监测。
多波束测深技术的应用，使得我们能够快速、大面积地获取海底地形数据，为海洋工程的选址和设计提供了重要依据。
此外，利用声学多普勒流速剖面仪（ADCP）可以准确测量海流的速度和方向，帮助施工人员更好地了解海洋动力环境，从而优化施工方案，减少海流对施工的影响。
水下机器人（ROV）和自主水下航行器（AUV）在深海探测中发挥着日益重要的作用。
它们可以携带各种传感器和设备，深入海底进行勘察、采样和监测。
ROV 具有较高的操控性和作业能力，能够完成复杂的任务，如管道检查、设备安装和维修等。
AUV 则具备自主性和长续航能力，可进行大范围的海底测绘和监测工作。
二、海洋工程施工材料的创新传统的海洋工程施工材料在面对深海高压、高腐蚀等恶劣环境时，往往存在性能不足的问题。
新型高性能复合材料的出现为解决这一难题提供了可能。
例如，碳纤维增强复合材料具有高强度、轻量化和耐腐蚀的特性，在海洋平台结构、管道等方面的应用逐渐增多。
此外，钛合金材料也因其优异的耐腐蚀性和强度，在海洋工程中的应用范围不断扩大。
自修复材料是另一项具有潜力的创新。
这种材料能够在受到损伤时自动进行修复，延长海洋工程设施的使用寿命，降低维护成本。
例如，一些聚合物材料在受到裂纹或损伤时，能够通过内部的化学反应或物理机制实现自我修复，从而保持结构的完整性和稳定性。
三、海洋基础施工技术的发展在海洋工程中，基础施工是至关重要的环节。
吸力锚基础技术是近年来发展起来的一种新型基础形式。
它通过在锚体内部形成负压，将锚体快速沉入海底，具有施工速度快、成本低、适应性强等优点。
海洋平台设计原理复习
海洋平台设计原理复习一、思考题1. 海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台。
各类型的优缺点有哪些？1）固定式平台（导管架平台、重力式平台）：优点一一整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强。
缺点一一机动性能差，较难移位重复使用。
2）活动式平台（坐底式平台、自升式平台、半潜式平台、钻井船、FPSO：优点一一机动性能好缺点——整体稳定性较差，对地基及环境有要求。
3）半固定式平台（张力腿式平台、Spar平台）：优点——适应水深大，优势明显。
缺点——较多的技术问题有待解决。
2. 海洋平台设计所涉及的关键技术问题有哪些？各关键技术的必要性及其可采用的研究方法？1）总体布置与优化设计研究2）环境载荷研究3）平台极限承载能力研究：必要性一一评价平台的安全性、强度储备、优化研究方法——试验方法、数值方法4）平台稳性研究：必要性一一研究海洋平台支撑在海底的抗倾覆能力研究方法一一规范校核（CCS ABS）软件分析（NAPA ANSYS）5）关键结构或节点的疲劳性研究：必要性一一结构疲劳影响结构使用寿命，要考虑海洋环境和波浪载荷作用，能判断易疲劳部位，优化结构并预测结构寿命。
研究方法——疲劳试验、疲劳仿真6）平台模块化技术研究：必要性一一便于安装、拆装改造、达到多功能要求，主要设计模块化结构的联接方式并分析联接结构的动、静态响应。
研究方法一一疲劳性能试验、计算分析7）焊接工艺与结头韧性评定技术研究：必要性——焊接接头韧性不足会导致焊接结构破坏，因此需优化焊接工艺。
研究方法——CTOD试验、数值仿真（CTOD指的是裂纹体受到张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面所张开的相对距离，CTOD值得大小反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力）8）振动、噪声预报与控制研究必要性一一振动噪声会使结构疲劳、影响健康研究方法——振动分析、噪声预报9）平台碰撞分析和防撞技术研究必要性一一平台碰撞会威胁平台安全，该技术主要研究防护装置的设计研究方法——模拟碰撞场景，分析结构响应以上关键技术问题的研究方法主要都是规范校核、 软件分析、数值分析、试验分 析这几种3. 平台设计荷载的种类？并列举各个种类所包括的荷载。
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后热处理使得焊 缝 内 部 晶 体 组 织 发 生 变 化 ，为 了 保 证 质 量，焊 后 还要进行 NDT 复查。Βιβλιοθήκη 合格焊接NDT
焊后热处理
NDT
试验过程参考 BS7448 标准［4］和 DNV-OS-C401 标准进行。 按照 BS7448 标准规定，CTOD 试验要在焊缝金属和热影响区 进行，试验采用预 制 疲 劳 裂 纹 的 三 点 弯 曲 标 准 试 样 ，试 样 加 工 成 B × B 方形尺寸，加工之前，在每个试件边缘打印上简单的编码以 便跟踪。试验温度为 0 ℃ 。焊缝金属试样采用 X 形坡口试件，焊 缝金属的机械缺口位于名义焊缝中心线处，热影响区试样采用 K
厚度 mm
77． 12 77． 04 77． 59 76． 99 76． 93 77． 37
宽度 mm
77． 22 77． 12 77． 32 77． 33 77． 21 76． 86
范围 mm
308
机械缺口 + 预制裂纹长度
41． 70 39． 63 44． 06 37． 95 39． 82 39． 76
形坡口试件，热影响区机械缺口位于与熔合线平齐位置。机械缺 口根部半径 0． 12 mm，开口小于 60°，深度为试件宽度的 45% 。在 预制疲劳裂纹之前，每个试件都要采用局部压缩方法减少焊缝中 心部位的焊接残余应力，加载直径为 30 mm，载荷为 750 kN。每 个试件上面都会有 0． 1 mm ～ 0． 4 mm 的压痕，根据焊接接头成分 的不同，压痕的深度也会有所不同，局部压缩过程以标准 BS7448 第二部分为指导。
1 工程概况
陆丰 7-2 油田位于约东经 21°44'，北纬 116°02' 的位置，属于 16-05 原油生产分成合同区块，该区块位于南中国海。CNOOC 与 美国新田合作油田，油田水深 106 m，导管架设计尺寸从 EL（ － ） 106 m 到 EL（ + ） 8 m，共 8 条腿，主体结构中大部分导管腿、钢桩、 裙桩套筒管壁厚度都在 50 mm 以上，如果全部进行焊后热处理， 工作量极大。LF 7-2 导管架模型见图 1。
焊、单丝埋弧自动焊和双丝埋弧自动焊，焊接位置为平焊和立焊， 其中立焊为立向上焊。
CTOD
受载前（原始）裂纹
受载后裂纹
图 2 裂纹尖端张开位移
压头
拉压传感器 F
裂纹
试样
动态应变仪
0
V
F—V 曲线
图 3 CTOD 试验装置示意图
试验件的下料、焊接、NDT 检测及切割工作都是由深圳赤湾 胜宝旺公司完成，在 以 上 各 个 环 节 的 加 工 过 程，胜 宝 旺 公 司 都 做 了详细的记录，而且加工过程都经过 NFX 和 COOEC 相关人员见 证，试验过程绝对可靠，试验件的 CTOD 试验是在天津大学材料 科学 与 工 程 学 院 的 焊 接 试 验 室 进 行 的，试 验 过 程 经 过 NFX 和 COOEC 相关人员见证，试验结果真实有效。
CTOD 试 验 评 定 在 海 洋 平 台 建 造 中 的 应 用
孟凡星 崔明辉 张大伟 鲁 艺
（ 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）
摘 要： 以 LF 7-2 EPCI 项目为例，阐述了 CTOD 原理及工艺评定过程，并结合项目施工过程中有、无 CTOD 工艺的对比，阐明了
CTOD 试验在海洋平台建造过程中发挥的重要作用，指出 CTOD 工艺在保证焊接质量的前提下，节省了大量人力、物力，并缩减了
施工工期，值得推广。
关键词： 海洋平台，CTOD，焊后热处理，疲劳裂纹扩展
中图分类号： TU758
文献标识码： A
0 引言
随着我国海洋石油行业的发展，特别是南海海域深水油田的 勘探与开发项目越来越多，厚板焊接在海洋平台建造中的应用日 趋广泛，按照钢结构建造规范的要求，为保证焊接接头的强度、刚 度和稳定性的综合性能———韧性，厚度在 50 mm 以上的钢板焊接 必须做焊后热处理，但这样不仅需要耗费大量的人力、物力，而且 严重影响工期，给施工带来极大不便，根据挪威船级社标准（ DNVOS-C401） ［1］，可以通过对焊接接头进行 CTOD 试验来免除焊后热 处理，不仅可以减少施工成本，而且可以大大缩减施工环节。
第 39 卷 第 4 期
·100· 2 0 1 3 年 2 月
山西建筑
验，试件尺寸如表 1 所示，试件图片如图 4 所示。
表 1 试件尺寸
焊接方法 缺口位置 试件编码
FCAW
焊缝金属 热影响区
Q2012-07-W1 Q2012-07-W2 Q2012-07-W3 Q2012-07-H1 Q2012-07-H2 Q2012-07-H3
图 1 LF 7-2 导管架模型
2 工艺原理
Crack Tip Opening Displacement （ CTOD） 即 裂 纹 尖 端 张 开 位 移，是指构件受张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面张开的相对 距离［2］，见图 2。CTOD 值的大小反映了裂纹尖端抵抗开裂的能 力，在实验中，把待测焊接接头做成带有预制裂纹的试样，加外载 后，裂纹尖端有一个张开位移———CTOD 值可被测定 （ 见图 3 ） 。 CTOD 值越大，表示材料抵抗开裂的性能越好，即韧性越好，CTOD 值越小，表示材料抵抗开裂的性能越差，即韧性越差［3］。
以 CO2 气体保护焊焊接的 80 mm 钢板为例，分别用单边 V 形 坡口和 K 形坡口焊接试验件做焊缝金属和热影响区的 CTOD 试
收稿日期： 2012-11-16 作者简介： 孟凡星（ 1984- ） ，男，助理工程师，注册美国焊接检验师； 崔明辉（ 1982- ） ，男，助理工程师；
张大伟（ 1986- ） ，男，助理工程师； 鲁 艺（ 1985- ） ，男，助理工程师
3 试验过程
在 LF 7-2 EPCI 项 目 中 共 做 了 七 组 试 验 件，分 别 用 厚 度 80 mm 和 95 mm 的板材进行试验，根据项目规格书，完全可以覆 盖 40 mm ～ 100 mm 厚度板材焊接工艺的评定。试验所用钢材都 是舞阳钢铁厂生产的 D36 级别，焊接方法主要有 CO2 气体保护