摘要：文章主要针对风力发电设备中用到的大型球墨铸铁无损检测进行分析，结合实际中大型球墨铸铁件常用的无损检测方法，分析各种检测方法的适用性，对一些检测方法进行研究，分析未来大型球墨铸铁件会用的无损检测方法。通过研究和分析风力发电大型球墨铸铁件无损检测方法和特点，更好的推动风力发电大型球墨铸铁件无损检测方法的发展与进步。
关键词：风力发电；球墨铸铁；无损检测
1.风力发电大型球墨铸铁件无损检测特点
1.1结构复杂
由于风力发电零部件结构复杂，整个铸造过程难度大，需要时间长。最终的成品结构都比较复杂，壁厚大小不一，最终成品壁厚变化较大，对检测会造成一定难度。比如风力发电轮毂、底座和轴等产品，轮毂在主轴法兰面壁厚较大一般150~300mm，而靠近桨叶孔圆面的铸件壁厚一般50mm左右，从主轴法兰面往桨叶孔圆面渐变的区域壁厚变化较大且一般为圆弧面，这样的结构检测起来比较困难。还有类似底座产品，在内腔各个面交界处，由于设计一般追求轻量化，造成空间狭小，结构复杂，检测起来较为困难。
1.2产品外观状态差
铸造产品相对于锻件和焊缝来说，外观较为粗糙。铸造产品在开箱后表面会有一层氧化皮，处理起来较为困难，且表面经常出现粘砂，在上行面出现浮渣的情况比较多。在进行外观检测和磁粉检测的过程中由于外观较差，对比性不好，相对来说缺陷的检出率会低。虽然产品有经过打磨和抛丸处理，但是由于大型球墨铸铁件结构比较复杂，最终球墨铸铁件成品的外观状况相对要差一些。
1.3材料透声性差
大型球墨铸铁件的超声检测可探性较差，由于大型球墨铸铁件整个铸造过程凝固形成时间长，各个不同部位凝固时间不一。最终成品晶粒粗大，且不同部位晶粒大小会有差别。所以对的超声波检测造成一定难度。
1.4微小损伤的检测
风力发电设备需长周期运行，其构件的疲劳特性属于高周疲劳甚至超高周疲劳，运行自然环境恶劣，零件安装在几十米甚至百米的高空，在-20~-40℃低温环境下必须保证20年不更换，可靠性要求极高。这类构件的内部缺陷在长周期且高速的运转下缺陷会扩展，即使构件中存在微小裂纹，仍然可能使得构件不能完成一个服役周期，给风力发电产品服役安全带来极大隐患，因此，检测出微小裂纹和可扩展性缺陷对于风力发电大型零部件产品是非常必要的。
2.风力发电大型球墨铸铁件无损检测方法分析
2.1表面外观检测方法
检测开始后首先进行的是外观检测。外观检测一般通过肉眼观察，有需要时可以借助工具来进行。接受检测工件的特定区域要求检测环境光线良好，局部最低光照度一般不得低于500lx，检测时一般通过手电照射的方式加以辅助照明.外观检测是球墨铸铁检测中最繁重的工作，一般在抛丸和打磨后进行。一般而言外观要求铸铁表面无冷隔、裂纹、夹砂、表面扩展性缺陷，无表面非金属夹杂，风电用球墨铸铁件禁止补焊。由于球墨铸铁件表面在抛丸后表面状态粗糙度大，对比性差，对人眼观察造成一定影响，需要时可以借助打磨处理，打磨完后再进行目视检测。风电用球墨铸铁件表面检测的具体要求一般使用SCRATA对比试块进行对比检验，是现今铸件外观检测通用的检测手段。SCRATA对比试块是由欧洲风电行业推广到国内，现在国内风电企业大规模使用的一种对比试块。在外观检测中要注意表面气孔和表面砂眼的区别。表面气孔内壁较光滑，形状规则，容易识别。表面砂眼内部含有较多的非金属夹杂物，内部灰层较多，仔细观察内部有砂，形状不规则。发现气孔时可以利用对比试块比较，符合要求的可以保留。而砂眼则需要打磨处理，砂眼一般根部会向铸件内部延伸，形成的不连续性容易有可能扩展，影响产品质量。通过打磨处理等方式可以很好的去除砂眼。需要注意的是抛丸后的铸件表面由于受到钢丸击打，砂眼有可能被堵塞，影响观察，外观检测时需细心辨别。
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2.2表面渗透检测方法
现阶段球墨铸铁检测表面缺陷常规检测会用到渗透检测技术，渗透检测技术是一种以毛细作用原理为基础的检测技术，主要用于检测非多孔性的金属或非金属零部件的表面开口缺陷。检测时，将溶有荧光染料或着色染料的渗透液施加到零部件表面，由于毛细作用，渗透液渗人到细小的表面开口缺陷中，清除附着在工件表面的多余渗透液，经干燥后再施加显像剂，缺陷中的渗透液在毛细现象的作用下被重新吸附到零件表面上，就形成放大了的缺陷显示，即可检测出缺陷的形貌和分布状态。虽然此项技术操作简单，缺陷观察具有直接性，而且灵敏系数较大，但由于球墨铸铁件表面状况较差，抛丸后的铸件表面经钢丸击打后形成密密麻麻的小凹坑。溶剂去除比较困难，显像效果不好，所以很少大面积使用。一般局部会采用渗透检测，用来验证缺陷的存在。渗透检测是验证缺陷存在的一种既快捷又简单的手段。一般铸件冒口部位切割打磨后可能存在小缩孔，人肉眼不易观察到，通过渗透检测的方式，可以很好的确定缺陷是否存在。
2.3表面及近表面磁粉检测方法
通过缺陷漏磁场位置磁粉聚集的效应，放大材料缺陷，提升对比度，使材料缺陷以磁痕形式体现的方法即磁粉检测。由于球墨铸铁具有铁磁性，一般对球墨铸铁件表面及近表面检测优先选用的检测方法是：湿法连续性荧光磁粉探伤。铸件表面粗糙度较高，表面对比性差。使用荧光磁粉探伤可以减少表面状态对探伤灵敏度的影响。磁粉检测能够检测出的铸件缺陷主要有三类——孔洞类缺陷，如气孔、针孔、缩孔、缩松、疏松；裂纹；冷隔类缺陷，如冷裂、热裂、冷隔、热处理裂纹；夹杂类缺陷，如夹杂物、夹渣、砂眼等。磁粉检测对铸件表面缺陷检出率高，检测灵敏性高。相对于油基磁悬液，水基磁悬液更适合抛丸后的球墨铸铁件表面探伤，且成本低，检测速度快，是现今风电球墨铸件外观检测使用最广泛的一种磁粉探伤手段。干粉磁粉探伤同样适用于铸件表面探伤，一般较少使用。磁粉检测的缺陷主要是通过磁痕来显示的，但并不是所有的磁痕都是表征缺陷，铸件表面的状况，工件材质，工件的结构等也可能形成漏磁场，当发现磁痕时应注意观察，可以通过反复测试的方法分析磁痕形成的原因，避免误判。
2.4内部无损检测方法
现阶段在风力发电球墨铸铁件内部检测方面，超声检测技术应用最为广泛。即先通过发射探头发出超声波，然后将构件缺陷位置反射的超声波用接收探头回收，可以检查到构件内部的缺陷。根据在荧光屏上显示出的回波信号的高度、位置等可以判断缺陷的大小，位置和大致性质。最后将获取的超声波信息与标准试块的超声波信息或者工件本身制作的超声波发射声场曲线相比较，判断构件损伤的方法即超声检测。此方法在应用的过程中，可操作性极强，而且对设备成本投入的依赖性较低，但对超声波检测工作人员要求较高。球墨铸铁件超声检测透声性差、声耦合差、干扰杂波较多，厚大截面球铁凝固时间长，可能产生多种缺陷共存的情况，所以在检测进行前，一定要对工件多加了解分析，了解铸造过程。操作人员一定要注意辨别超声波信号，在检测开始前仔细分析工件容易产生缺陷的位置，了解铸件结构构造。现阶段国内外风电企业关于球墨铸铁的超声波检测一般采用EN12680-3标准，一般高应力区域为2级，其余区域为3级。通常检测时采用脉冲反射法直探头检测，检测灵敏度一般采用计算法和DGS图表法。现场检测一般采用DGS图表法，DGS曲线制作方便快捷，运用简单，利于操作。GE公司推出的USM35设备早期在风电球墨铸铁超声波检测中使用较为广泛。探头一般采用低频单直探头，双晶探头，和斜探头。风电球墨铸铁件在生产过程中产生的缺陷主要有疏松、缩松、缩孔、夹渣及夹渣物、砂眼、气孔、石墨畸变、球化不良和石墨漂浮等。气孔、缩松和缩孔是风电球墨铸铁件中普遍存在的缺陷，一般回波信号比较明显，容易辨别。夹渣一般反射波较低。球化不良则比较少见，球墨铸铁中的球化不良会使超声声速降低波宽减小，风电厂家对超声声速方面在球墨铸铁上有具体要求，低于一定声速值容易被拒收。石墨漂浮是球墨铸铁特有的特征，一般当超声波射入石墨漂浮部位时，其回波特点是无底面回波仅有低的反射波，类似低的林状波，这是一种严重的缺陷，存在石墨漂浮的工件基本都作为不合格件处理。
结束语：
综上所述，在风电球墨铸铁无损检测中，无损检测是极其重要的一部分。本文对风电球墨铸铁设备的无损检测的特征以及涉及的无损检测技术进行了汇总，并对该无损检测存在的问题和难点进行了分析。随着科技的不断发展，越来越多的前沿技术被应用到无损检测中，必将推动风电制造工程的不断发展。
参考文献：
[1]EN12680-3 Founding-Ultrasonic Examination-Part 3：Spheroidal Graphite Cast Iron Castings [S].
论文作者:王玉亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/17
标签：缺陷论文; 表面论文; 球墨论文; 球墨铸铁论文; 铸件论文; 铸铁件论文; 砂眼论文; 《基层建设》2018年第33期论文;