一 行業(yè)背景
風(fēng)電發(fā)電機(jī)組中*主要的固定連接方式就是利用螺栓連接，成千上萬(wàn)的螺栓的質(zhì)量直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。由于風(fēng)電螺栓規(guī)格種類多，數(shù)量龐大。因此，提供一種快速有效的螺栓服役質(zhì)量檢測(cè)方法是保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的重要手段。
二 風(fēng)電螺栓的分類
風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組構(gòu)件大部分都是通過(guò)高強(qiáng)緊固螺栓連接緊固，主要構(gòu)件部位在葉輪、偏航、塔筒等部位；風(fēng)電螺栓按所在風(fēng)機(jī)部位可分為塔筒螺栓、偏航螺栓、主軸連接螺栓、葉片螺栓（內(nèi)外圈）等；按螺栓形狀可分為內(nèi)六角螺栓、外六角螺栓、雙頭螺柱等。
圖1 風(fēng)電螺栓
三 風(fēng)電螺栓的相控陣3D全聚焦（TFM）檢測(cè)方法
圖2 相控陣全聚焦實(shí)時(shí)3D超聲成像系統(tǒng)CTS-PA322T
CTS-PA322T系統(tǒng)配套風(fēng)電螺栓專用探頭，檢測(cè)風(fēng)電螺栓時(shí)只需按規(guī)定操作，把探頭置于螺栓端部（兩端均可）不需要移動(dòng)探頭等操作。CTS-PA322T系統(tǒng)便能夠?qū)崟r(shí)采集被檢測(cè)螺栓內(nèi)部所有信息，并實(shí)時(shí)輸出被檢測(cè)螺栓的3D檢測(cè)圖像。系統(tǒng)提供缺陷分析存儲(chǔ)功能，能夠?qū)Ρ粰z測(cè)螺栓內(nèi)部缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位、定量測(cè)量。
風(fēng)電螺栓檢測(cè)案例:
為了驗(yàn)證相控陣全聚焦實(shí)時(shí)3D超聲成像系統(tǒng)CTS-PA322T探傷設(shè)備和檢驗(yàn)探傷結(jié)果可行性，我們通過(guò)利用該設(shè)備的3D成像圖與常規(guī)相控陣B掃圖（線陣探頭、菊花陣列探頭）以及常規(guī)A掃圖進(jìn)行對(duì)比。
1：塔筒螺栓
該塔筒螺栓在螺紋處加工了兩個(gè)2mm深的人工刻槽，檢測(cè)結(jié)果圖像如下：
圖3 塔筒螺栓的3D全聚焦檢測(cè)圖像
圖4塔筒螺栓的常規(guī)相控陣檢測(cè)圖像
2：葉片螺栓
該葉片螺栓存在兩個(gè)目視不可見(jiàn)的自然裂紋缺陷，檢測(cè)結(jié)果如圖：
圖5 葉片螺栓的3D全聚焦檢測(cè)圖像
圖6 葉片螺栓的常規(guī)相控陣檢測(cè)圖像
3：葉片螺栓
該葉片螺栓加工了兩個(gè)2mm深的人工刻槽，檢測(cè)結(jié)果如圖：
圖7 葉片螺栓的3D全聚焦檢測(cè)圖像
圖8 葉片螺栓的常規(guī)相控陣檢測(cè)圖像
4：內(nèi)六角葉片螺栓
內(nèi)六角葉片螺栓采用我司研制的內(nèi)六角螺栓專用探頭進(jìn)行檢測(cè)，該螺栓加工了2mm深的刻槽缺陷：
圖9 內(nèi)六角螺栓的3D全聚焦檢測(cè)圖像
圖10 內(nèi)六角螺栓的3D全聚焦檢測(cè)圖像
> 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)案例：M28×240葉片-變槳軸承內(nèi)圈螺栓自然缺陷檢測(cè)
在某風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的1.5MW風(fēng)機(jī)風(fēng)電螺栓全檢過(guò)程中，在葉片-變槳軸承內(nèi)圈螺栓中發(fā)現(xiàn)了五根帶較大裂紋缺陷的螺栓，并進(jìn)行了螺栓的現(xiàn)場(chǎng)拆卸更換。在卸下的螺栓中，發(fā)現(xiàn)了一根在卸過(guò)程中斷裂螺栓，一根出現(xiàn)明顯裂紋以及三根肉眼無(wú)法識(shí)別裂紋缺陷。
圖11 現(xiàn)場(chǎng)檢出并卸下的帶裂紋螺栓
圖12 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)3DTFM成像圖四 風(fēng)電螺栓的傳統(tǒng)檢測(cè)方法
螺栓的無(wú)損檢測(cè)方法主要有超聲、磁粉、滲透及渦流檢測(cè)，但針對(duì)風(fēng)電螺栓檢測(cè)的在役性要求，便只有超聲檢測(cè)滿足檢測(cè)條件。而超聲檢測(cè)也可細(xì)分為常規(guī)超聲檢測(cè)和相控陣超聲檢測(cè)。
> 常規(guī)超聲檢測(cè)（UT）：
常規(guī)超聲檢測(cè)主要采用小角度縱波探頭對(duì)螺栓進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)波形判斷檢測(cè)結(jié)果，此方法對(duì)檢測(cè)人員具有一定的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)要求，且只適用于部分規(guī)格較小的外六角螺栓的檢測(cè)。對(duì)于內(nèi)六角螺栓、內(nèi)六角雙頭螺柱及較長(zhǎng)的螺栓則無(wú)法采用此方法，檢測(cè)效率也相對(duì)較低，是風(fēng)電螺栓在役超聲檢測(cè)中*不推薦使用的一種方法。
圖13 螺栓的常規(guī)超聲檢測(cè)
> 常規(guī)相控陣檢測(cè)（PAUT）：
常規(guī)相控陣檢測(cè)的圖像判斷不同于常規(guī)超聲檢測(cè)的波形判斷，檢測(cè)結(jié)果的二維圖像直觀性有進(jìn)一步地提高，可檢范圍更廣，基本可覆蓋小兆瓦風(fēng)機(jī)螺栓的檢測(cè)需求。
常規(guī)相控陣的目前采用的主要有兩種掃查方式：一種是采用線陣探頭進(jìn)行扇掃或線掃成像檢測(cè)（如圖14），但此方法一次只能檢測(cè)螺栓的一個(gè)切面，要想完整的檢測(cè)整根螺栓至少需將探頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)180度的掃查來(lái)實(shí)現(xiàn)全覆蓋，從而降低了檢測(cè)效率。
圖14 扇掃檢測(cè)結(jié)果圖
另一種方法則是采用菊花陣列探頭來(lái)檢測(cè)（檢測(cè)結(jié)果如圖15），采用該方法無(wú)需旋轉(zhuǎn)探頭，可提高檢測(cè)效率。但是采用菊花陣探頭檢測(cè)的結(jié)果無(wú)法直觀地體現(xiàn)裂紋裂深的情況，也無(wú)法檢測(cè)螺栓內(nèi)部缺陷，對(duì)探頭與螺栓規(guī)格的尺寸匹配要求相對(duì)較高，但總體相較于常規(guī)超聲檢測(cè)，常規(guī)相控陣的檢測(cè)結(jié)果更直觀，可檢范圍更廣，基本可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電螺栓的檢測(cè)。
圖15 菊花陣線陣檢測(cè)結(jié)果圖
綜上，螺栓的傳統(tǒng)檢測(cè)方法，常規(guī)超聲和常規(guī)相控陣均可以進(jìn)行在役檢測(cè)。但是對(duì)檢測(cè)人員要求高，人為因素影響比較大，而磁粉和滲透則不利于現(xiàn)場(chǎng)在役檢測(cè)。
3D全聚焦技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：
- 在三維空間內(nèi)從各個(gè)不同空間角度采集被檢測(cè)工件內(nèi)部的缺陷信息，信息采集更充分，螺栓內(nèi)部缺陷一覽無(wú)余，成像直觀可靠，避免缺陷漏檢。
- 無(wú)需移動(dòng)探頭，可實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓整體的實(shí)時(shí)3D成像。且可旋轉(zhuǎn)觀察，檢測(cè)結(jié)果更直觀，系統(tǒng)提供缺陷分析存儲(chǔ)功能，能夠?qū)Ρ粰z測(cè)螺栓內(nèi)部缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位、定量測(cè)量。
- 一根螺栓檢測(cè)時(shí)間不到2秒鐘，檢測(cè)效率高。
