TOFD檢測技術(shù)在風(fēng)電塔筒焊縫檢測中的應(yīng)用

崔厚路

（方圓電氣股份有限公司，山東菏澤274200）

TOFD檢測技術(shù)在風(fēng)電塔筒焊縫檢測中的應(yīng)用

崔厚路

（方圓電氣股份有限公司，山東菏澤274200）

將TOFD檢測技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電塔筒焊縫檢測中，與現(xiàn)已成熟的A型脈沖反射超聲波檢測技術(shù)和射線檢測技術(shù)進(jìn)行對比分析，得到一種更高效、更符合風(fēng)力發(fā)電塔筒焊縫質(zhì)量要求的無損檢測技術(shù)，確保風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的安全運(yùn)行，提高了風(fēng)力發(fā)電的安全指數(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

TOFD；風(fēng)電塔筒；焊縫檢測；無損檢測

0 引言

風(fēng)力發(fā)電塔筒類型多為圓形鋼制錐筒，風(fēng)力發(fā)電塔筒在運(yùn)行時承受較大的機(jī)組載荷及風(fēng)載荷。為避免因塔筒焊縫質(zhì)量問題而造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組倒塔事故，風(fēng)力發(fā)電塔筒焊縫設(shè)計質(zhì)量要求為：對塔筒縱向焊縫、塔筒環(huán)向焊縫、塔筒法蘭和筒體過渡處的環(huán)向焊縫、門框和焊接筒體之間過渡處的連續(xù)焊縫、門框焊接焊縫應(yīng)按照J(rèn)B／T4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%超聲波檢測，焊縫質(zhì)量為I級合格；對所有法蘭和筒節(jié)、筒節(jié)與筒節(jié)處和門框與筒體的T型焊縫接頭處應(yīng)根據(jù)JB／T4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行X射線檢測，焊縫質(zhì)量為II級合格。為防止表面裂紋，還要對法蘭與筒體之間環(huán)向焊縫和門框和筒體之間連續(xù)焊縫進(jìn)行100%磁粉（MT）檢測，附件連接板焊接焊縫總數(shù)量20%進(jìn)行滲透（PT）檢測，焊縫質(zhì)量為I級合格。

方圓電氣股份有限公司正在加工制作的某風(fēng)電場2.0 MW風(fēng)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電塔筒，風(fēng)電機(jī)組塔筒總高度為82.38 m；塔筒由4節(jié)塔體組成，下段、中下段、中上段塔筒直徑均為4.3 m，上段塔筒直徑為3.7 m。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組每基塔筒焊縫總長約533 m需進(jìn)行超聲波檢測，62個T型焊接接頭需進(jìn)行X射線檢測，但由于超聲波檢測和射線檢測技術(shù)各自所具有的局限性，可能會造成一些缺陷漏檢，使風(fēng)力發(fā)電塔筒焊縫質(zhì)量得不到有效的控制。

1 TOFD在風(fēng)電塔筒焊縫檢測可靠性試驗

1.1 TOFD檢測技術(shù)

超聲TOFD檢測技術(shù)是一種超聲衍射時間差法的無損檢測方法，采用一對頻率、尺寸、角度相同的縱波探頭進(jìn)行探傷，具有高效、快速的特點(diǎn)［1］，能夠有效提高風(fēng)力發(fā)電塔筒的焊縫質(zhì)量。

1.2 試驗內(nèi)容

對比試驗采用數(shù)字A型脈沖反射超聲波探傷儀、X射線機(jī)和TOFD檢測儀，對鋼板卷制焊接的環(huán)焊縫、縱焊縫進(jìn)行無損檢測。3種不同檢測方法檢出缺陷數(shù)量如表1。

表1 檢出缺陷數(shù)量

1.3 TOFD檢測結(jié)果分析

由表1可以看出，TOFD檢測相對于手動A型脈沖反射超聲波檢測（UT）和X射線檢測（RT）可靠性高，對缺陷的檢出率高，缺陷漏檢少。

TOFD系統(tǒng)配用半自動掃查裝置確定缺陷與探頭的相對位置，信號通過處理可以轉(zhuǎn)換為TOFD圖像。圖像的信息量顯示比超聲波掃描顯示大得多，在超聲波顯示中，屏幕只能顯示一條超聲波信號，而TOFD圖像顯示的是一條焊縫檢測的大量超聲波信號的集合。與超聲波信號的波形顯示相比，包含豐富信息的TOFD圖像更有利于缺陷的識別和分析［2］。

TOFD利用超聲波進(jìn)行檢測，對檢測時的工作環(huán)境沒有特殊的要求，對檢測人員沒有任何傷害［3］，所以在工作場合不需要特殊的安全保護(hù)措施；而射線檢測因其放射的危害性受到國家政策的嚴(yán)格控制，現(xiàn)場只能單工種作業(yè)［4］。

2 實際應(yīng)用及分析

2.1 TOFD法和UT法檢出缺陷數(shù)量比較

選用已制造完成的某風(fēng)電場2.0 MW風(fēng)電機(jī)組塔筒，分別用TOFD檢測儀和手動數(shù)字A型脈沖反射超聲波探傷儀對焊縫進(jìn)行檢測，兩種檢測技術(shù)檢出的缺陷數(shù)量如表2。

表2 塔筒焊縫缺陷檢出數(shù)量

由表2可知，利用TOFD法比手動數(shù)字A型脈沖反射超聲波檢測出的缺陷多，而且在利用TOFD法檢出的35個缺陷中有5個被判定為不合格缺陷，手動數(shù)字A型脈沖反射超聲波檢測出的29個缺陷中只有4個被判定為不合格缺陷。

2.2 TOFD法和RT法檢出缺陷數(shù)量比較

根據(jù)某風(fēng)電場2.0 MW風(fēng)電機(jī)組塔筒加工技術(shù)協(xié)議，對已被超聲波檢測過的塔筒所有T型焊縫接頭進(jìn)行X射線檢測。在62個T型焊縫接頭中X射線與TOFD分別檢出的缺陷數(shù)量見表3。

表3 塔筒62個T型焊接接頭缺陷檢出數(shù)量

在表3中，利用TOFD檢出的14個缺陷中有4個被判定為不合格缺陷，而X射線檢測只有3個被判定為不合格缺陷。

2.3 檢測用時比較

TOFD、手動數(shù)字A型脈沖反射超聲波和X射線對某風(fēng)電場2.0 MW風(fēng)電機(jī)組的一基塔筒焊縫檢測所用時間如表4。

2.4 應(yīng)用分析

由表2、表3可知，與利用手動A型脈沖反射超聲波和射線檢測風(fēng)力發(fā)電塔筒焊縫相比，利用TOFD檢測風(fēng)電塔筒焊縫不但可以滿足設(shè)計要求，還發(fā)現(xiàn)了前兩者未能檢出的缺陷，并且可以對缺陷進(jìn)行更加全面的分析，更有效消除安全隱患。

表4 塔筒焊縫檢測所用時間min

利用TOFD檢測風(fēng)電塔筒焊縫時只需做線性掃查，無需做鋸齒形掃查就可以對焊縫完成檢測，由表4可知其檢測速度是手動A型脈沖反射超聲波的2倍左右。

利用TOFD檢測時，探頭是通過契塊與工件接觸，減少了探頭的磨損，與手動A型脈沖反射超聲波和射線檢測相比，沒有其他耗材，檢測成本相對較低。

在檢測資料方面，TOFD檢測技術(shù)可以用數(shù)字型式永久保存，能保證檢測資料的安全，彌補(bǔ)了手動A型脈沖反射超聲波檢測技術(shù)的不足。

在風(fēng)力發(fā)電塔筒焊縫檢測中全部利用TOFD檢測技術(shù)檢測還存在一些技術(shù)性難題，如TOFD對焊縫中的橫向缺陷檢出率低，在焊縫的表面及底部有一定的盲區(qū)［5］；TOFD檢測塔筒法蘭和筒體過渡處的環(huán)向焊縫及門框和焊接筒體之間過渡處的連續(xù)焊縫時，在法蘭側(cè)和門框側(cè)無法放置探頭等。因此還需用手動A型脈沖反射超聲波、射線檢測、磁粉檢測及其他檢測方法進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充檢測。

3 結(jié)語

TOFD技術(shù)于2001年被引入我國，與手動A型脈沖反射超聲波和射線檢測相比，TOFD檢測技術(shù)具有操作簡單、掃查速度快、對操作人員沒有任何傷害、成本低、缺陷檢出能力強(qiáng)、缺陷定位精度高、節(jié)省大量的檢測時間等優(yōu)點(diǎn)。

隨著TOFD檢測技術(shù)實際檢測工作經(jīng)驗的積累和技術(shù)難題上的攻關(guān)與研究，TOFD檢測技術(shù)將會在具有大量焊縫檢測工作的風(fēng)力發(fā)電塔筒的制造行業(yè)和在役檢測領(lǐng)域，得到廣泛的應(yīng)用。

［1］伊新.TOFD檢測技術(shù)基本原理及其應(yīng)用探討［J］.石油化工應(yīng)用，2008，27（3）：29-31.

［2］湯志偉.數(shù)據(jù)分析在TOFD檢測中的實際應(yīng)用［J］.無損探傷，2008，32（4）：43-45.

［3］強(qiáng)天鵬.衍射時差法（TOFD）超聲波檢測技術(shù)［M］.北京：中國特種設(shè)備檢驗協(xié)會出版社，2009.

［4］林光輝，關(guān)磊，黃偉，等.TOFD與RT的對比檢測研究及分析［J］.水力發(fā)電，2012，38（9）：83-85.

［5］楊雙羊，賈劉仁，郭浩霖，等.衍射時差法超聲檢測盲區(qū)研究［J］.無損探傷，2013，37（3）：42-43.

Application of TOFD Detection Technology on Wind Power Tower Drum Weld Detection

CUI Houlu
（Fangyuan Electric Co.，Ltd，Heze 274200，China）

We analyze the application of TOFD detection technology in weld detection of wind tower drum.Compared with the proven A-type pulse-reflection ultrasonic detection technology and radiographic detecting technology，TOFD detection technology is found to be more suitable，more effective to meet the requirement of wind power tower drum weld quality，and ensures safe operation of wind power generation equipment and improves safety index and economic performance of wind power.

TOFD；wind power tower drum；weld detection；NDT

TG441.7

B

1007－9904（2015）06－0075－03

2015-02-20

崔厚路（1988），男，主要從事無損檢測技術(shù)及管理工作。