8/19/2019 Ce687 Lecture 19

1/43

 WELDING 

 AND 

NDT 

TECHNIQUES 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

2/43

UNDERWATER WELDING 

 Underwater 

 welding 

can 

be 

classified 

as 

follows:‐

 Wet  Welding 

 Dry   Welding 

 In  wet

  welding

 the

  welding

 is

 performed

 underwater,

 directly  exposed to the  wet environment. 

 In dry   welding, a dry  chamber is created near the area 

to 

be 

 welded 

and 

the 

 welder 

does 

the 

 job 

by  

staying 

inside the chamber 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

3/43

Wet welding   A  special electrode is used and

  welding

 is

 carried

 out

 

manually   just as one does in open air  welding. 

 The increased freedom of  

movement makes

  wet

  welding the most effective, efficient and economical method. 

 Welding power

 supply 

 is

 located on the surface  with connection to the diver/welder  via cables and hoses. 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

4/43

  The power

 source

 should

 be

 a direct

 current

 machine

 rated

 at

 

300 or 400  Amperes 

  The  welding machine frame must be grounded to the ship 

  The  welding circuit must include a positive type of  switch, usually 

 a knife

 switch

 operated

 on

 the

 surface

 and

 commanded

 

by  the  welder‐diver. 

  The knife switch in the electrode circuit must be capable of  breaking the full  welding current and is used for safety  reasons 

  Special  welding

 electrode

 holders

  with

 extra

 insulation

 against

 

the  water are used. The underwater  welding electrode holder utilizes a twist type head for gripping the electrode. 

  The electrode types used conform to  AWS E6013 classification 

  The electrodes

 must

 be

  waterproofed.

  All

 connections

 must

 be

 

thoroughly  insulated so that the  water cannot come in contact  with the metal parts. 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

5/43

Advantages of  wet welding   The  versatility  and low cost of   wet  welding makes this method

 

highly  

desirable. 

 Other benefits include the speed.  With  which the operation is carried out. 

 It 

is 

less 

costly  

compared 

to 

dry  

 welding. 

 The  welder can reach portions of  offshore structures that could not be  welded using other methods. 

 No enclosures are needed and no time is lost in designing

 

these 

enclosures 

(as 

in 

dry  

 welding). 

Readily  available standard  welding machine and equipment are used. The equipment needed for mobilization of  a  wet  welded  job is minimal. 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

6/43

 

DISADVANTAGES 

OF 

WET WELDING 

 There is rapid quenching of  the  weld metal by  the surrounding

  water.

  Although

 quenching

 increases

 the

 

tensile strength of  the  weld, it decreases the ductility  and impact strength of  the  weldment and increases porosity  and hardness. 

 Hydrogen Embrittlement

 – Large

 amount

 of 

 hydrogen

 is

 present in the  weld region, resulting from the dissociation of  the  water  vapour in the arc region. The H2 dissolves in the Heat  Affected Zone (HAZ) and the  weld metal,  which 

causes 

embrittlement, 

cracks 

and 

microscopic 

fissures. 

Cracks can

 grow

 and

 may 

 result

 in

 catastrophic

 failure

 of 

 

the structure.   Another disadvantage is poor  visibility. The  welder some times is not able to  weld properly  

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

7/43

HYPERBARIC WELDING

 (DRY

 WELDING)    Hyperbaric  welding is carried out in chamber sealed around the 

structure to

 be

  welded.

 

  The chamber is filled  with a gas (generally  helium containing 0.5 bar of  oxygen) at the prevailing pressure. 

  The habitat is sealed onto the pipeline and filled  with a 

breathable mixture

 of 

 helium

 and

 oxygen,

 at

 or

 slightly 

 above

 the

 ambient pressure at  which the  welding is to take place.    This method produces high‐quality   weld  joints that meet  X ‐ray  and code requirements. 

  The TIG  welding process is employed for this process.    The

 area

 under

 the

 floor

 of 

 the

 Habitat

 is

 open

 to

  water.

 

  Thus the  welding is done in the dry  but at the hydrostatic pressure of  the sea  water surrounding the Habitat. 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

8/43

ADVANTAGES OF DRY WELDING 

 Welder/Diver Safety  –  Welding is performed in a chamber, immune

 to

 ocean

 currents

 and

 marine

 animals.

 The

  warm,

 

dry  habitat is  well illuminated and has its own environmental control system (ECS). 

 Good 

Quality  

 Welds 

– 

This 

method 

has 

ability  

to 

produce 

 welds of  quality  comparable to open air  welds because  water is no longer present to quench the  weld and H2 level is much lower than  wet  welds 

 Surface Monitoring

 –  Joint

 preparation,

 pipe

 alignment,

 NDT inspection, etc. are monitored  visually. 

 Non‐Destructive Testing (NDT) – NDT is also facilitated by  the dry  habitat environment. 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

9/43

DISADVANTAGES OF DRY WELDING 

 The 

habitat 

 welding 

requires 

large 

quantities 

of  

complex equipment and much support equipment on the surface. The chamber is extremely  complex. 

 Cost of  habitat  welding is extremely  high and increases  with depth.  Work depth has an effect on habitat  welding.  At greater depths, the arc constricts and corresponding higher  voltages are required. The 

process is

 costly 

 and

 the

 same

 chamber

 cannot

 be

 used

 

for another  job, if  it is a different one. 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

10/43

Welding Parameters and its effects  Type of  current 

 Type of   Arc  voltage 

 Speed of   welding 

 Diameter of  electrode 

 Length of  stickout 

 Electrode feed speed 

 Polarity  (weld in DC supply) 

 Electrode  Orientation 

 Shielding medium 

 Joint geometry  

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

11/43

NDT 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

12/43

Non Destructive testing (NDT) 

The 

use 

of  

non‐

invasive 

techniques 

to 

determine 

the 

integrity  of  a material, component or structure 

To 

quatitatively  

measure 

some 

characteristics 

of  

an 

object 

Inspect 

or 

measure 

 without 

doing 

Harm 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

13/43

NDE 

(Non 

Destructive 

Evaluation) 

methods 

 Flaw 

detection 

and 

evaluation 

 Leak detection 

 Location determination 

 Dimensional

 measurements

 

 Structure and microstructure characterization 

 Estimation of  mechanical and physical properties 

 Stress (Strain)

 and

 Dynamic

 response

 measurements

 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

14/43

When NDE applicable 

 To 

assist 

in 

product 

development 

 To screen or sort incoming materials 

 To monitor, improve or control manufacturing 

processes 

 To  verify  proper processing such as heat treatment 

 To  verify  proper assembly/workmanship 

 To inspect

 in

‐service

 damage

 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

15/43

Methods of  NDT 

 Visual 

 X ‐ray  

 Ultrasonic 

 Eddy 

 current

 

 Liquid penetrant 

 Magnetic measurements 

 Thermography  

 Magnetic particle 

 Laser interferometry  

 Tap testing

 

 Acoustic emission 

 Acoustic Microscopy  

 Flux leakage 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

16/43

Visual Inspection 

 Most 

common 

and 

basic 

inspection 

 Tools Used 

 Fiberoscopes 

 Borescopes 

 Magnifying glasses 

 Mirrors 

 Robotic 

crawlers 

also 

used 

 In hazardous areas like ducts, reactors, pipelines 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

17/43

Liquid Penetrant Inspection  A  liquid  with high surface  wetting characteristics is applied

 to

 the

 surface

 or

 to

 the

 part

 of 

 the

 surface

 and

 

allowed to seep into surface breaking defects 

 Excess liquid is removed from the surface of  the part 

 A  developer

 (powder)

 is

 applied

 to

 pull

 the

 trapped

 

penetrant out of  the defect and spread it on the surface  where it can be seen 

 Visual 

inspection 

is 

the 

final 

step 

in 

the 

process. 

The 

penetrant used is often loaded  with a florescent dye and the inspection is done under UV  light to increase test sensitivity  

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

18/43

Magnetic Particle inspection 

 The 

part 

is 

magnetized 

 Finely  milled iron particles coated  with dye pigment are then applied to the specimen 

 These 

particles 

are 

attracted 

to 

magnetic 

flus 

leakage 

fields and  will cluster to form an indication directly  over the discontinuity  

 This indication can be  visually  detected under proper lighting conditions 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

19/43

Magnetic particle crack indications 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

20/43

Radiography 

 Radiation 

used 

in 

radiography  

is 

a 

higher 

energy  

(shorter  wavelength)  version of  the electromagnetic  waves that  we see as  visible light 

 The radiation can come from an  X ‐ray  generator or a radio

 active

 source.

 

 The part is placed between the radiation source and a piece of  film 

 The part

  will

 stop

 some

 of 

 the

 radiation

 

 Thicker and more dense area  will stop more of  the radiation 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

21/43

Eddy Current Testing 

 Well 

suitable 

for 

detecting surface cracks 

 Also can be used to measure

 coating

 

thickness 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

22/43

Ultrasonic Inspection (Pulse‐Echo)  High frequency  sound  waves are introduced into a material and they  are reflected back from surface or flaws 

 Reflected sound energy  is displayed  versus time 

 Inspector can  visualize a cross section of  the specimen showing the depth of  features that reflect sound 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

23/43

Secondary Processing  Machining 

 Welding 

 Grinding 

 Heat treating

 

 Plating etc. 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

24/43

In‐service damages  Cracking 

 Corrosion 

 Erosion/Wear 

 Heat damage

 etc.

 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

25/43

Wire rope

 inspection

 

 Electromagnetic devices and  visual inspections are used to find broken  wires and other damage to the 

 wire rope

 that

 is

 used

 in

 

cranes, mooring tethers and other lifting devices 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

26/43

Storage 

tank 

inspection 

 Robotic crawlers use 

ultrasound technique

 

to inspect the  walls of  large overhead tanks for signs of  corrosion 

 Cameras on long articulated arms are 

used 

to 

inspectunderground storage tanks for damage 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

27/43

Pressure vessel inspection  Failure of  pressure  vessel can result in rapid release of  large amount of  energy. 

 To protect against this dangerous event, the tanks are inspected using radiography  and ultrasonic testing 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

28/43

Pipeline 

Inspection 

 NDT is used to inspect

 pipelines

 

to prevent  leaks that could damage 

the environment

 

 Visual Inspection, radiography  and electromagnetic testing

 are

 some

 of 

 

the common NDT methods used 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

29/43

Underwater inspection   Inspection of  structures in ocean requires NDT to be carried

 out

 under

  water

 

 Materials mostly  include steel, concrete and  wood 

 Problems to be identified include 

 Cracks and other growing defects 

 Wall thinning due to corossion 

 Biological and chemical changes (damage caused by  

insects or

  wood

 rot)

 

 Damage caused by  collision 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

30/43

Objectives 

of  

underwater 

inspection  Detection of  surface opening cracks in  welded tubular  joints 

 Detection of   wall thickness in tubular members 

 Checking of  corrosion systems 

 Mapping of  marine growth, scour and debris 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

31/43

 Steel Platforms 

 Cracks and localized corrosion are most common damages 

 Cracks mostly  occur at  welded zones and due to fatigue 

 Tubular  joints

 located

 near

 the

 splash

 zone

 and

 near

 the

 

sea floor are most susceptible 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

32/43

Concrete structures  Detection of  surface opening cracks in areas of  high bending

 moment

 

 Detection of  erosion of  concrete in splash zone 

 Corrosion of  reinforcement, anchors for pre‐stressing tendons, and other steel structures 

 Checking for foundation on the sea bed 

 Mapping 

of  

marine 

growth 

and 

debris 

 Detection of  cracks in structural steel members 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

33/43

NDT of  pipeline risers  Pipeline risers 

 Susceptible to damages below  waterline 

  Thermals loads 

  High internal load 

  High internal

 pressure

 

  Environmental loads 

  Relative motion between the platform and the pipeline (in case of  gravity  platforms) 

 Corrosion growth in fixtures 

 Marine growth and debris 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

34/43

Methods for underwater inspection  Visual inspection 

 Magnetic particle testing 

 Ultrasonic measurements 

 Eddy  

current 

measurement 

 Radiographic photography  

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

35/43

Conventional NDT  Visual inspection by  divers and under  water cameras are

 most

 common

 

 Ultrasonic methods are being increasingly  used to detect defects 

 Radiography  are little applied because of  radiation problem 

 Vibration analysis is also used 

 Advantage is that sometimes the defect anywhere in the structure can be detected 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

36/43

Once the defect is identified, detailed examination to be 

carried out

 by 

 NDT

 methods

 Steel structure   Magnetic particles   Eddy  current 

Concrete and

  wood

 

 Rebound hammer   Penetration techniques   Core removal for detailed examination 

For  All NDT methods in underwater surface preparation is mandatory  

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

37/43

Visual inspection under water  Mostly  by  Diver 

 Experienced persons are employed 

 Remotely  underwater camera/  videos used 

 Limitations: 

 Poor  visibility  

 Heavy  fouling 

 Strong 

currents 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

38/43

Magnetic particle inspection Purpose: to detect fine surface cracks in ferromagnetic 

materials 

Method: Magnetise the area to be examined followed by  application of  liquid suspension of  ferro magnetic particles 

If  

there 

is 

a 

crack 

on 

surface, 

these 

particles 

 will 

deposit 

along 

the crack due to leakage of  magnetic flux at the discontinuity  of  the material 

Difficulty: Sometimes the particles are mixed  with 

fluorescent agents

 UV  rays  will produce a good contrast between the particle gathering along the crack and the dark surrounding 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

39/43

Magnetic testing…   For depths upto 100m DNV  has fabricated a MPI (magnetic 

particle Instruction

 device)

 unit

 

 Weighs about 1.5 ton   Necessary  magnetic flux is obtained by  passing a high amperage alternating current between two electrodes 

 which are

 applied

 to

 the

 inspection

 site

 

 Current is drawn from a transformer located in a cage  which is lowered to the inspection site 

 Cage also contains the tank for magnetic particle 

suspension 

 Tank is fitted  with baffles driven by  electric motor to prevent settlement of  ferromagnetic particles during operation 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

40/43

Ultrasonic testing underwater   Uses high frequency  mechanical stress  waves, frequencies above 

sound 

  Two methods   One transducer – sender and reciever of  pulse signals, commonly  used for metals 

  Two 

transducer 

each 

side, 

through 

transmission 

measurement, 

commonly  used

 for

 concrete

 and

  wood

 

 Used to measure thickness of  ship hulls, using pulse echo    In corroded plates, results not good    Pitted surface, results shows multiple reflection and are easily  misinterpreted

 

  Pitted surface results only  50 % of  the actual thickness, if  a test is conducted 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

41/43

Ultrasonic equipment  DNV  has developed a ultrasonic flaw detector for use 

under  water

 

 The instrument is mounted in a pressure housing 

 Inspection unit is kept above  water and cables and 

transducer are

 kept

 underwater

 

 One operator moves the transducer along the metal surface  while another operator above  water  with the inspection unit interprets the readings and records the location

 

 Communication between the two operators is by  phone or radio 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

42/43

Nano 

layered 

coatings 

for 

corrosion protection  Nano structured coatings enhance resistance surfaces against

 corrosion

 

 Recent invention at Taribat Modares University  in Tehran 

 Advantages of 

 this

 method

 are

 its

 simplicity,

 

homogeneity  and high uniformity  of  the applied coating 

 In this

 method,

 alkoxide

 tetra

 n‐butyl

 irto

‐titanate

 

(TBT)  was used to prepare a soluble gel 

8/19/2019 Ce687 Lecture 19

43/43

procedure   Ethanol and ethyle acetoacetate are mixed together at room 

temp 

 Add TBT to the solution and stir the solution  well   Add some drops of  distilled  water  while it is being stirred   For polymeric reactions, the prepared solution is left for 6 

hrs 

 After surface preperation titanium oxide nano particle coating is applied to the steel surface by  submerging method 

  It is

 possible

 to

 reduce

 probability 

 of 

 corrosion

 in

 petroleum, gas and petrochemical industries  with this method