兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)塔筒高強(qiáng)度螺栓的檢測

張建國，趙 磊，張瑞剛，李 沿

（西安熱工研究院有限公司，西安 710032）

中國風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘恳衍S居世界第一位［1］。由于風(fēng)力發(fā)電場地和工作條件十分惡劣，風(fēng)力機(jī)塔筒除了承受葉片及風(fēng)力直接作用的彎矩、推力及扭力外，還要承受風(fēng)機(jī)引起的振動(dòng)載荷（啟、停機(jī)周期性影響，突風(fēng)變化、塔影效應(yīng)等）。

兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)塔架一般由三、四節(jié)塔筒組成，各節(jié)塔筒間采用高強(qiáng)度螺栓連接，高強(qiáng)度螺栓連接區(qū)就是整臺(tái)機(jī)組的質(zhì)量薄弱區(qū)。在機(jī)組運(yùn)行中，如果塔筒筒節(jié)連接處質(zhì)量不佳，容易造成風(fēng)力機(jī)倒塔事故，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。由于高強(qiáng)度螺栓質(zhì)量直接影響風(fēng)力機(jī)質(zhì)量，因此開展高強(qiáng)度螺栓的檢測非常必要。

筆者論述了對某風(fēng)場在役三年單臺(tái)1 500kW機(jī)組塔筒的高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行超聲檢測和滲透檢測的檢測過程，分析總結(jié)出一套較好的檢測方案，供同行參考。

1 超聲檢測試驗(yàn)

某風(fēng)場風(fēng)力機(jī)已連續(xù)運(yùn)行3年，風(fēng)場常年風(fēng)向?qū)?yīng)機(jī)組90°與270°方位。抽查某臺(tái)機(jī)組塔筒4種規(guī)格法蘭連接高強(qiáng)度螺栓各15根（分別在90°方位附近抽檢7根，在270°方位附近抽檢8根，如圖1所示），總計(jì)60根。高強(qiáng)度螺栓各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)為：材料為42CrMo；剛性結(jié)構(gòu)、鎖緊狀態(tài)；不拆卸檢測；規(guī)格分別為M 36mm×245mm，M 36mm×205mm，M 36mm×175mm，M 36mm×305mm。

圖1 抽檢螺栓位置及編號(hào)示意

1.1 檢測方法

按DL／T 694－2012《高溫緊固螺栓超聲波檢測技術(shù)導(dǎo)則》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波檢測、驗(yàn)收。檢測方法主要有小角度斜探頭縱波法、直探頭縱波法和橫波法三種，試驗(yàn)選用直探頭及小角度斜探頭縱波檢測法。

1.2 檢測部位

將探頭置于高強(qiáng)度螺栓螺桿端面進(jìn)行檢測，如圖2所示。

圖2 高強(qiáng)度螺栓超聲波檢測位置示意

1.3 檢測儀及探頭

采用A 型脈沖反射式超聲波探傷儀。在達(dá)到所檢工件最大聲程時(shí)，儀器和探頭的組合靈敏度余量應(yīng)不小于10dB；采用直探頭及小角度斜探頭縱波法分別從高強(qiáng)度螺栓端部進(jìn)行檢測。

小角度縱波斜探頭選用晶片頻率為5 MHz，尺寸為7mm×12mm，折射角為8.5°。直探頭選用晶片頻率為5 MHz，尺寸根據(jù)高強(qiáng)度螺栓規(guī)格分別選取6，10，14mm 探頭。

1.4 試塊

試塊的形狀和尺寸見DL／T 694－2012 附錄A。試塊的制造應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)GB／T 11259－2008《超聲波檢驗(yàn)用鋼對比試塊的制作與校驗(yàn)方法》和JB／T 8428－2006《無損檢測 超聲檢測用試塊》要求。

1.5 檢測靈敏度

采用結(jié)構(gòu)尺寸與被探高強(qiáng)度螺栓相同的無缺陷高強(qiáng)度螺栓，在底部第一、二道螺紋根部制作深1mm人工裂紋（缺陷寬度約0.5 mm ）。調(diào)節(jié)靈敏度時(shí)，人工裂紋最大波高為滿刻度的60%。按高強(qiáng)度螺栓端面的底波波高調(diào)靈敏度，試驗(yàn)得出1 mm人工裂紋的反射波高與端面底波波高的幅值差，檢測時(shí)用端面底波作為參考信號(hào)調(diào)節(jié)靈敏度。

使用螺紋反射波調(diào)節(jié)靈敏度，探頭置于高強(qiáng)度螺栓端面上，調(diào)節(jié)儀器使熒光屏上相應(yīng)于高強(qiáng)度螺栓被探測端位置的絲扣反射波幅的60%基準(zhǔn)高度作為探傷靈敏度。

1.6 評(píng)定

凡判定為有裂紋的高強(qiáng)度螺栓可直接判廢；采用人工裂紋調(diào)節(jié)靈敏度時(shí)，凡信號(hào)反射波幅高達(dá)滿幅80%時(shí)，應(yīng)判定為可記錄信號(hào)；凡信號(hào)反射波幅大于或等于絲扣波幅6dB，且指示長度大于10mm時(shí)，應(yīng)判定為可記錄信號(hào)；對掃查發(fā)現(xiàn)但未達(dá)到判定標(biāo)準(zhǔn)的其他反射信號(hào)均應(yīng)進(jìn)行記錄，以便于復(fù)查及后續(xù)的質(zhì)量跟蹤。

1.7 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按上述檢測程序，分別對60根高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行超聲波檢測，發(fā)現(xiàn)25＃高強(qiáng)度螺栓存在線性缺陷，其反射波型如圖3所示。由此可知，超聲缺陷深度為104.9mm，于是可以判定缺陷位置如圖4所示。

圖3 缺陷反射波型

圖4 缺陷位置示意

2 滲透檢測試驗(yàn)

將超聲波檢測出缺陷的25＃高強(qiáng)度螺栓拆下，按JB／T 4730.5－2005《承壓設(shè)備無損檢測 第5部分 滲透檢測》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行滲透檢測。

2.1 滲透劑的選用

選用DPT－5著色探傷劑。

2.2 檢測方法

采用溶劑去除型ⅡC－d滲透檢驗(yàn)方法。

2.3 檢測工序

首先，將高強(qiáng)度螺栓缺陷部位清洗干凈，使用B型靈敏度試塊檢查其靈敏度是否符合要求。檢驗(yàn)工序：前處理→預(yù)清洗→施加滲透劑→清洗表面多余滲透劑→施加顯像劑→干燥→觀察→后處理。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按上述滲透檢測程序，對25＃高強(qiáng)度螺栓缺陷部位進(jìn)行滲透檢測，發(fā)現(xiàn)第2道與第3道螺紋根部存在一處約16mm 線性缺陷顯示，如圖5所示。

圖5 滲透檢測線性缺陷顯示

3 結(jié)論

風(fēng)力機(jī)塔筒高強(qiáng)度螺栓在運(yùn)行狀態(tài)下，應(yīng)力集中在螺紋根部。裂紋往往沿著高強(qiáng)度螺栓橫斷面而形成橫向裂紋。

用縱波小角度斜探頭置于高強(qiáng)度螺栓端面檢測，主聲束正好與裂紋垂直時(shí)，信號(hào)最為強(qiáng)烈，有利于檢出裂紋。將超聲波檢測發(fā)現(xiàn)缺陷的高強(qiáng)度螺栓拆下，用滲透檢測方法予以進(jìn)一步驗(yàn)證，可提高裂紋檢測的準(zhǔn)確性。

先采用超聲波全面檢測，再采用滲透檢測驗(yàn)證的方法，不僅避免了高強(qiáng)度螺栓的全部拆除，提高了工作效率；又保證了檢測靈敏度和檢出率。超聲波檢測與滲透檢測組合的綜合檢測方法已被廣泛應(yīng)用到工程實(shí)踐中［2］。

［1］李俊峰.中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

［2］張建國，高延忠，張瑞剛，等.火電廠汽輪機(jī)軸瓦的無損檢測［J］.無損檢測，2013，35（10）：33－34.