風(fēng)電塔架的磁粉檢測工藝優(yōu)化

崔克楠

(北京中唐電工程咨詢有限公司，北京 100040)

風(fēng)力發(fā)電是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)，發(fā)電時風(fēng)能推動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動轉(zhuǎn)動軸和增速機，增速機帶動發(fā)電機，發(fā)電機通過輸電電纜將電能輸送到地面控制系統(tǒng)和負荷。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也是一項可持續(xù)發(fā)展的，綠色環(huán)保的綜合技術(shù)。

風(fēng)電設(shè)備常處于四季多風(fēng)地帶，在惡劣環(huán)境中工作的塔架大多承載剪切力及拉應(yīng)力，故為防止表面應(yīng)力集中，對塔架表面質(zhì)量要求較高。塔架焊接完成質(zhì)量驗收后大多需進行表面噴砂處理，以盡可能釋放表面應(yīng)力，而應(yīng)力釋放過程中可能會出現(xiàn)表面缺欠，因此對塔架進行磁粉檢測有著非常重要的意義[1]。磁粉檢測對表面或近表面缺陷有很高的檢測靈敏度，是一種常用、直觀、經(jīng)濟、快捷、可靠的常規(guī)無損檢測方法[2]。

文章針對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中基礎(chǔ)環(huán)與塔筒角焊縫及對接焊縫磁粉檢測操作過程中發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合理論知識與實際工作經(jīng)驗，對磁粉檢測工藝進行了深度優(yōu)化。

1 塔架常用材料化學(xué)成分及焊接工藝

塔架常用材料化學(xué)成分及其含量如表1所示,表中Als為酸溶鋁,有細化晶粒的作用。

表1 塔架常用材料化學(xué)成分及其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

塔架焊縫焊接工藝大部分為埋弧自動焊，門框焊縫焊接工藝為CO2氣體保護焊，焊接工藝比較成熟，自動焊接過程中出現(xiàn)的缺陷多具有連續(xù)性且有一定的長度。

2 磁粉檢測優(yōu)化工藝

2.1 磁化電流

當(dāng)使用交流磁粉檢測時，交變磁場施加到被檢工件表面上，工件在交變磁場里因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生渦流，渦流磁場方向與原磁場方向相反，工件內(nèi)部電流密度從而減弱，磁場變?nèi)酰辉诠ぜ砻娓浇?，渦流方向與原來電流方向相同，電流密度從而增大，磁場增強[3]。通常50 Hz交流的電趨膚效應(yīng)深度大約為2 mm。

使用直流磁粉檢測儀時，由于直流電通過導(dǎo)體時會產(chǎn)生定向磁場，所以磁場深入深度越大，能發(fā)現(xiàn)的缺陷越深，但該方法單位面積磁通量較小，且直流電不利于磁懸液中磁粉振動積聚于缺陷處，即不利于表面缺陷的磁痕顯示。

由以上分析可見交流磁粉檢測更適用于塔架的檢測。

2.2 磁化工藝

2.2.1 預(yù)處理

預(yù)處理時應(yīng)用軟金屬絲刷和細砂紙清除掉焊縫及熱影響區(qū)表面的油漆涂層、積碳層、氧化皮與灰塵，用清洗溶劑清洗掉油污。使用水基磁懸液時，要保證被檢工件表面不存在油漬，覆蓋在焊接接頭表面的灰塵也會明顯影響磁懸液的潤濕效果。

2.2.2 磁化工件與施加磁懸液

磁化工件是磁粉檢測中較為關(guān)鍵的工序，對檢測靈敏度影響較大，推薦使用便攜式磁粉檢測儀，采用連續(xù)法，配合濕法進行磁粉檢測。在施加水基磁懸液前，應(yīng)先潤濕工件被檢區(qū)域，這樣施加的水基磁懸液能夠在工件表面形成均勻薄膜，防止磁懸液噴灑不均造成漏檢。

2.2.3 磁痕觀察記錄與缺陷評級

磁粉檢測過程中發(fā)現(xiàn)磁痕后應(yīng)立刻判斷其是否為缺陷，對于不能確定的磁痕顯示，可擦去磁痕再次磁化，如果不是缺陷一般不會重復(fù)形成磁痕。

磁粉檢測磁痕顯示及評定結(jié)果完全依賴于檢測人員的目視觀察，所以目視觀察時的照明極為重要。塔架內(nèi)部光照較差，應(yīng)注意配備額外光源(如頭燈)，同時應(yīng)確保磁粉檢測儀器自帶可靠光源。

工件上的缺陷磁痕顯示，需要連同檢測結(jié)果保存下來，作為報告依據(jù)。記錄主要采用拍照方式，拍照時以直尺作為尺寸參照，記錄時應(yīng)參照固定物對缺陷進行準(zhǔn)確定位，以便后續(xù)監(jiān)測缺陷的發(fā)展情況。對磁粉檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷磁痕顯示，應(yīng)用石筆箭頭引出進行標(biāo)記，便于后續(xù)缺陷處理。

確定為缺陷的磁痕顯示，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.4-2015 《承壓設(shè)備無損檢測 第4部分：磁粉檢測》 進行評級。評定時首先對缺陷進行定性，再區(qū)分磁痕屬于線性缺陷還是圓形缺陷，按磁痕方向確定其屬于縱向缺陷還是橫向缺陷；然后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.4-2015進行質(zhì)量分級，判定產(chǎn)品的合格與否。

風(fēng)電塔架焊接接頭磁粉檢測中常見缺陷為裂紋，而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中不允許任何裂紋顯示，所以檢測過程中發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷時應(yīng)直接判為不合格。其他缺陷分級如表2所示，表中L為線性缺陷磁痕長度；d為圓形缺陷磁痕長徑。

表2 焊接接頭的質(zhì)量分級

2.2.4 超標(biāo)缺陷磁痕顯示的處理與復(fù)驗

當(dāng)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷磁痕顯示時，如允許，應(yīng)先打磨消除，打磨至肉眼看不到后再進行磁粉檢測；若仍發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)繼續(xù)打磨，直至缺陷完全消除。消除缺陷后要將處理位置打磨圓滑，若打磨深度超過規(guī)定要求，應(yīng)進行補焊修補。修補后應(yīng)對補焊位置再次進行磁粉檢測。

3 常見磁痕顯示及產(chǎn)生原因分析

(1) 基礎(chǔ)環(huán)交接接頭過渡不圓滑處，因溝槽的存在容易產(chǎn)生假顯示；且檢測時溝槽位置處會留存部分磁懸液，即使產(chǎn)生缺陷也會將磁痕埋沒。因此進行現(xiàn)場磁粉檢測時應(yīng)采用壓縮空氣，調(diào)低噴氣口氣壓，吹走多余磁懸液以便于觀察缺陷顯示。

(2) 基礎(chǔ)環(huán)下法蘭焊縫組對過程中，去除固定卡塊后，焊接卡塊的部位易出現(xiàn)裂紋磁痕顯示(見圖1)，檢測過程中應(yīng)注意嚴(yán)格按照工藝要求實施檢測。

圖1 裂紋磁痕顯示

(3) 實際生產(chǎn)中，部分制造廠焊接筒體縱縫及下法蘭組對焊縫時，如果在兩端收弧位置使用的引弧板長度不夠或者不使用引弧板，則會在筒體縱縫及下法蘭組對焊縫兩端收弧處產(chǎn)生弧坑裂紋(見圖2)，檢測時應(yīng)注意觀察。

圖2 弧坑裂紋磁痕顯示一

(4) 焊接接頭的收弧處，若收弧停留時間過短，產(chǎn)生的弧坑則會引起弧坑裂紋(見圖3)，焊接過程中產(chǎn)生的弧坑均應(yīng)打磨消除。

圖3 弧坑裂紋磁痕顯示二

(5) 筒體鋼板縱縫組對時，卷板機會在鋼板兩端縱焊縫兩側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力，部分組對人員強行使用鐵錘敲擊矯正，而使得材料表面硬度增加，矯頑力增大。隨著工件壓縮變形率增加，矯頑力和剩磁均增加，漏磁場也會增大，此時較易發(fā)現(xiàn)非相關(guān)磁痕顯示(見圖4)。

圖4 非相關(guān)磁痕顯示

4 質(zhì)量控制

(1) 普通交流便攜磁軛式磁粉檢測儀即可滿足檢測要求，儀器應(yīng)達到標(biāo)準(zhǔn)要求磁軛的最大磁極間距且當(dāng)使用磁軛最大間距時，交流電磁軛至少應(yīng)有45 N的提升力。

(2) 對風(fēng)電塔架進行磁粉檢測時，使用水基磁懸液可滿足檢測靈敏度要求，但在實際磁化時，不同的方位可能會影響磁粉檢測的實施，尤其在進行仰視磁粉檢測時，要注意電源線與磁粉檢測儀連接處的插頭密封性，防止水進入發(fā)生儀器短路或人員觸電事故。

(3) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求使用標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片，其型號分別為A：30/100及C：15/50(試片無法較好與工件接觸的情況用)。實際檢測中磁軛放置位置示意如圖5所示，檢測過程中應(yīng)選用圖5中的方法2；經(jīng)試驗圖5中方法1的接觸方式無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的提升力會影響檢測靈敏度。

圖5 實際檢測中磁軛放置位置示意

(4) 推薦使用白色反差增強劑。因門框焊縫焊接工藝為CO2氣體保護焊，焊縫表面氧化嚴(yán)重，多為藍黑色，與水基磁懸液的對比度較低，難以發(fā)現(xiàn)磁痕顯示，所以必須在磁粉檢測前使用白色反差增強劑增加對比度。

(5) 應(yīng)合適配置磁懸液濃度。水基磁懸液理論濃度為1025 g·L-1，檢測時以標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片測試為準(zhǔn)。

(6) 磁粉檢測的能力與施加磁場的大小、方向及裂紋的延伸方向有關(guān)。當(dāng)工件磁化方向與裂紋延伸方向垂直時，裂紋處的漏磁場最大，檢測靈敏度最高[4]。因此在單磁軛檢測過程中，應(yīng)特別注意使用

交叉檢測方法。

5 結(jié)語

為了保證磁粉檢測的靈敏度、分辨率和可靠性，必須對從預(yù)處理到后處理的檢測全過程進行質(zhì)量控制，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行檢測。