一 行業(yè)背景

風(fēng)電發(fā)電機組中*主要的固定連接方式就是利用螺栓連接，成千上萬的螺栓的質(zhì)量直接影響風(fēng)力發(fā)電機組運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)量檢測方法是保障風(fēng)力發(fā)電機組安全運行的重要手段。

二 風(fēng)電螺栓的分類

風(fēng)機發(fā)電機組構(gòu)件大部分都是通過高強緊固螺栓連接緊固，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）檢測方法

圖2 相控陣全聚焦實時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，檢測風(fēng)電螺栓時只需按規(guī)定操作，把探頭置于螺栓端部（兩端均可）不需要移動探頭等操作。CTS-PA322T系統(tǒng)便能夠?qū)崟r采集被檢測螺栓內(nèi)部所有信息，并實時輸出被檢測螺栓的3D檢測圖像。系統(tǒng)提供缺陷分析存儲功能，能夠?qū)Ρ粰z測螺栓內(nèi)部缺陷進行準確定位、定量測量。

風(fēng)電螺栓檢測案例:

為了驗證相控陣全聚焦實時3D超聲成像系統(tǒng)CTS-PA322T探傷設(shè)備和檢驗探傷結(jié)果可行性，我們通過利用該設(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掃圖進行對比。

1：塔筒螺栓

該塔筒螺栓在螺紋處加工了兩個2mm深的人工刻槽，檢測結(jié)果圖像如下：

圖3 塔筒螺栓的3D全聚焦檢測圖像

圖4塔筒螺栓的常規(guī)相控陣檢測圖像

2：葉片螺栓

該葉片螺栓存在兩個目視不可見的自然裂紋缺陷，檢測結(jié)果如圖：

圖5 葉片螺栓的3D全聚焦檢測圖像

圖6 葉片螺栓的常規(guī)相控陣檢測圖像

3：葉片螺栓

該葉片螺栓加工了兩個2mm深的人工刻槽，檢測結(jié)果如圖：

圖7 葉片螺栓的3D全聚焦檢測圖像

圖8 葉片螺栓的常規(guī)相控陣檢測圖像

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行檢測，該螺栓加工了2mm深的刻槽缺陷：

圖9 內(nèi)六角螺栓的3D全聚焦檢測圖像

圖10 內(nèi)六角螺栓的3D全聚焦檢測圖像

> 現(xiàn)場檢測案例：M28×240葉片-變槳軸承內(nèi)圈螺栓自然缺陷檢測

在某風(fēng)電場現(xiàn)場進行的1.5MW風(fēng)機風(fēng)電螺栓全檢過程中，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，并進行了螺栓的現(xiàn)場拆卸更換。在卸下的螺栓中，發(fā)現(xiàn)了一根在卸過程中斷裂螺栓，一根出現(xiàn)明顯裂紋以及三根肉眼無法識別裂紋缺陷。

圖11 現(xiàn)場檢出并卸下的帶裂紋螺栓

圖12 現(xiàn)場檢測3DTFM成像圖四 風(fēng)電螺栓的傳統(tǒng)檢測方法

螺栓的無損檢測方法主要有超聲、磁粉、滲透及渦流檢測，但針對風(fēng)電螺栓檢測的在役性要求，便只有超聲檢測滿足檢測條件。而超聲檢測也可細分為常規(guī)超聲檢測和相控陣超聲檢測。

> 常規(guī)超聲檢測（UT）：

常規(guī)超聲檢測主要采用小角度縱波探頭對螺栓進行檢測，并通過波形判斷檢測結(jié)果，此方法對檢測人員具有一定的檢測經(jīng)驗要求，且只適用于部分規(guī)格較小的外六角螺栓的檢測。對于內(nèi)六角螺栓、內(nèi)六角雙頭螺柱及較長的螺栓則無法采用此方法，檢測效率也相對較低，是風(fēng)電螺栓在役超聲檢測中*不推薦使用的一種方法。

圖13 螺栓的常規(guī)超聲檢測

> 常規(guī)相控陣檢測（PAUT）：

常規(guī)相控陣檢測的圖像判斷不同于常規(guī)超聲檢測的波形判斷，檢測結(jié)果的二維圖像直觀性有進一步地提高，可檢范圍更廣，基本可覆蓋小兆瓦風(fēng)機螺栓的檢測需求。

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行扇掃或線掃成像檢測（如圖14），但此方法一次只能檢測螺栓的一個切面，要想完整的檢測整根螺栓至少需將探頭進行旋轉(zhuǎn)180度的掃查來實現(xiàn)全覆蓋，從而降低了檢測效率。

圖14 扇掃檢測結(jié)果圖

另一種方法則是采用菊花陣列探頭來檢測（檢測結(jié)果如圖15），采用該方法無需旋轉(zhuǎn)探頭，可提高檢測效率。但是采用菊花陣探頭檢測的結(jié)果無法直觀地體現(xiàn)裂紋裂深的情況，也無法檢測螺栓內(nèi)部缺陷，對探頭與螺栓規(guī)格的尺寸匹配要求相對較高，但總體相較于常規(guī)超聲檢測，常規(guī)相控陣的檢測結(jié)果更直觀，可檢范圍更廣，基本可實現(xiàn)風(fēng)電螺栓的檢測。

圖15 菊花陣線陣檢測結(jié)果圖

綜上，螺栓的傳統(tǒng)檢測方法，常規(guī)超聲和常規(guī)相控陣均可以進行在役檢測。但是對檢測人員要求高，人為因素影響比較大，而磁粉和滲透則不利于現(xiàn)場在役檢測。

3D全聚焦技術(shù)的優(yōu)勢：

• 在三維空間內(nèi)從各個不同空間角度采集被檢測工件內(nèi)部的缺陷信息，信息采集更充分，螺栓內(nèi)部缺陷一覽無余，成像直觀可靠，避免缺陷漏檢。
• 無需移動探頭，可實現(xiàn)對螺栓整體的實時3D成像。且可旋轉(zhuǎn)觀察，檢測結(jié)果更直觀，系統(tǒng)提供缺陷分析存儲功能，能夠?qū)Ρ粰z測螺栓內(nèi)部缺陷進行準確定位、定量測量。
• 一根螺栓檢測時間不到2秒鐘，檢測效率高。