(中国水电四局（酒泉）新能源装备有限公司 甘肃酒泉 735000)
摘要：风力发电作为环保清洁的分散型电源，被喻为绿色电力，已经成为增长速度最快的新型清洁电力能源，开发和利用风力发电是风能利用的主要形式。风力发电设备焊缝检验工作十分重要，本文介绍了风电塔架焊缝检测方法及其在检测中发现的质量问题，并简要分析了其产生的原因。
关键词：风电塔筒；射线检测；超声波检测；磁粉检测；
近年来，伴随着风电的崛起，焊接技术被极大地推动。同时，由于风电塔架受力复杂，焊接质量成为了风电塔架制造行业的重点控制对象，焊接内部质量检测技术也成为保证焊接质量和塔架安全的重要手段，现有的焊接内部质量检测技术，一般采用射线检测（RT）、超声波检测（UT）、磁粉检测（MT）方法进行焊缝检测。
1、风电塔架无损检测技术研究
1.1射线检测
塔架生产制作中，射线检测（RT）用于法兰和筒节、筒节与筒节的T型焊缝接头处，每个“T”型接头射线探伤必须布片两张，纵缝环缝位置各一张，每张检测有效长度不小于250mm，每张底片均能清晰的反映T型接头部位焊缝情况。目前射线探伤机选用XXG-3005型定向辐射探伤装置，其X射线管采用波纹陶瓷管，射线最大穿透厚度50mm，X射线通过金属材料时，部分能量被吸收，使射线发生衰减。如果透过金属材料的厚度不同（裂纹、气孔、未焊透等缺陷，该处发生空穴，使材料变薄）或体积质量不同（夹渣），产生的衰减也不同。透过较厚或体积质量较大的物体时衰减大，因此射到底片上的强度就较弱，底片的感光度就较小，经过显影后得到的黑度就浅；反之，黑度就深。根据底片上黑度深浅不同的影像，可以判断缺陷位置。
1.2超声波检测
超声波检测（UT）是利用焊缝中的缺陷与正常组织具有不同的声阻抗（材料体积质量与声速的乘积）和声波在不同声阻抗的异质界面上，通过超声波时会产生反射现象来发现缺陷的。探伤时由探头中的压电换能器发射脉冲超声波。通过声耦合介质（油或浆糊等）传播到焊件中，遇到缺陷后产生反射波，然后再用另一个类似的探头或同一个探头接收反射的声波，经换能器转换成电信号，放大后显示在荧光屏上或打印在纸带上。根据探头位置和声波的传播时间（荧光屏上回波位置）可求得缺陷位置；反射波的幅度可以近似地评估缺陷的大小。
目前探伤仪器选用A型脉冲反射式超声波探伤仪，其工作频率范围为0.5～10(MHz),仪器至少在荧光屏满刻度的80%范围内成线性显示。探伤仪应具备80dB连续可调衰减器，最小进步级每档≤1dB，精度为任意相邻12dB内误差在±1dB之内，最大累计误差不超过1dB。水平线性误差不大于1%，垂直线性误差不大于5%。探头的选用晶片面积一般不大于500mm2，并且边长不超过25mm。单斜探头声束轴线水平偏离角小于20，主声束垂直方向不得有明显双峰。探伤之前，应对探伤部位进行外观检测，所有影响超声检测的锈蚀、飞溅和污物进行清除，表面粗糙度Ra≤25μm，才可以进行超声检测。以下为塔架焊缝超声波检测方法和步骤：
（1）探头选择及移动方法
探头标称频率一般采用4～5MHz，当管壁厚度大于15mm时，采用2～2.5MHz探头，K值1.0～3.0之间比较合适。单面双侧利用一次波和二次波进行检测，探头应垂直于焊缝中心线放置在检测面上，做锯齿型移动，探头左右移动应使得扫查覆盖大于探头宽度的15%，为了观察动态缺陷波形或区分伪缺陷信号以确定缺陷的位置、方向、形状，可采用前后、左右等扫查方式；探头移动速度不能大于150mm/s,探头移动区应大于等于3KT（K表示探头K值，T为母材厚度）。
（2）距离―波幅曲线的制作
距离―波幅曲线应该在CSK-IA和CSK-ⅡA试块上进行调节制作，曲线分为评定线、定量线和判废线三条线组成。共分三个区域，其中评定线与定量线之间（包括评定线）为I区，定量线和判废线之间（包括定量线）为Ⅱ区，判废线及其以上区域为Ⅲ区。根据母材厚度范围的不同，来选用不同的距离-波幅曲线灵敏度。
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（3）缺陷的定量方法、缺陷指示长度的确定及缺陷评定
当灵敏度调好后，对所有超过定量线的缺陷，都要确定它的位置、最大反射波高和缺陷当量，缺陷位置测定应以获得缺陷最大反射波的位置为准。缺陷指示长度的检测方法有下面几种：
当缺陷反射波只有一个高点，且位于Ⅱ区或者Ⅱ区以上时，使波幅降到荧屏满刻度的80%，然后用6dB法（又叫半波高度法）测指示长度；当缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，切位于Ⅱ区及Ⅱ区以上时，使波幅降到荧光屏满刻度80%，然后用端点6dB法测指示长度；当缺陷反射波峰位于I区，如果认为有必要记录时，可以左右移动探头，使波幅降到评定线，以此测定缺陷的指示长度。
缺陷评定时应注意观察超过评定线的缺陷是否具有裂纹等危害性缺陷特征，如果怀疑是危害性缺陷应改变探头K值、增加检测面、观察动态波形并结合结构工艺特征来判定，如果判断不了，应该用其他的检测方法来作综合的判定。相邻两缺陷在一条直线上，其间距小于其中任一缺陷长度时，应作为一条缺陷，以两条缺陷的长度之和作为指示长度（间距不计入缺陷长度）。当缺陷的指示长度确定后，再根据缺陷的性质按照NB/T47013-2015中质量分级要求对缺陷进行质量分级，从而判定焊接质量是否合格。
1.3 磁粉检测
磁粉检测（MT）是将被检焊缝局部充磁，焊缝中便有磁力线通过。对于断面尺寸相同、内部材料均匀的焊缝、磁力线的分布均匀的。当焊缝表面或内部有裂纹、气孔、夹渣等缺陷时，磁力线将绕过磁阻较大的缺陷。此时在焊缝表面撒上磁粉，磁力线将穿过表面缺陷上的磁粉，形成“漏磁”，磁粉就被吸附在缺陷上，根据被吸附磁粉的形状、多少、厚薄程度，便可判断缺陷的大小和位置。内部缺陷由于离焊缝表面较远，磁力线在其上不会形成漏磁，磁粉不能被吸住，无堆积现象，所以缺陷无法显露。
2、风电塔架焊缝缺陷检测及波形特征
2.1表面缺陷
表面缺陷是指不用借助于仪器,从工件表面可以发现的缺陷，常见的表面缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等,有时还有表面气孔和表面裂纹。
2.2内部缺陷
内部缺陷是指借助于仪器,通过检测发现的缺陷，常见的内部缺陷有气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等。
气孔是在焊接过程中焊接熔池高温时吸收了过量的气体，或冶金反应产生的气体在冷却凝固之前来不及逸出而残留在焊缝金属内所形成的空穴，其出现的位置不固定，反射波幅大部分在Ⅱ区，个别的超过判废线。气孔的波形特征：单个气孔其回波在荧光屏上的波形尖锐，陡峭，清晰，波根较窄，密集气孔回波在荧光屏上同时出现数个波，往往有一个较高的波，旁边簇拥着若干个小波，波形清晰，棋动态波形为不管探头作怎样的移动，波形总是会此起彼伏。
夹渣缺陷的产生主要是焊接电流过小，运条速度过快，底层焊道焊完后表面熔渣清除不彻底，尤其是焊缝与坡口表面交界处清除不干净，致使熔渣或夹杂物来不及浮起造成。夹渣的波形特征：对于条状夹渣探头前后移动时荧光屏上的波形与点状夹渣类似，只是左右移动时缺陷有一定的长度，其动态波形为探头平行于缺陷长度方向移动时，在缺陷长度范围内有缺陷波，探头作摆动时，波形消失很快。
3、小结
虽然风力发电技术已日趋成熟，在可再生绿色能源的开发领域占有突出地位，具有重要的开发利用价值，但单台风力发电设备价格昂贵，必须及时总结经验，摸索出一套比较完善的检测方法，提高风力发电的安全指数和经济效益，为风电设备的设计、运行维护提供支持。
参考文献：
[1]承压设备无损检测(NB/T 47013-2015)
[2]刘海霞.风力发电塔架焊接缺陷及防止措施[J].河南科技，2014（03）
[3]王辉.分析风力发电设备的优化设计[J].科技传播，2012（12）
论文作者:缪飞燕,王银国
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/6
标签：缺陷论文; 波形论文; 长度论文; 射线论文; 气孔论文; 波幅论文; 荧光屏论文; 《电力设备》2018年第22期论文;