TOFD檢測技術在風電塔筒焊縫檢測中的應用

崔厚路

（方圓電氣股份有限公司，山東菏澤274200）

TOFD檢測技術在風電塔筒焊縫檢測中的應用

崔厚路

（方圓電氣股份有限公司，山東菏澤274200）

將TOFD檢測技術應用于風力發電塔筒焊縫檢測中，與現已成熟的A型脈沖反射超聲波檢測技術和射線檢測技術進行對比分析，得到一種更高效、更符合風力發電塔筒焊縫質量要求的無損檢測技術，確保風力發電設備的安全運行，提高了風力發電的安全指數和經濟效益。

TOFD；風電塔筒；焊縫檢測；無損檢測

0 引言

風力發電塔筒類型多為圓形鋼制錐筒，風力發電塔筒在運行時承受較大的機組載荷及風載荷。為避免因塔筒焊縫質量問題而造成風力發電機組倒塔事故，風力發電塔筒焊縫設計質量要求為：對塔筒縱向焊縫、塔筒環向焊縫、塔筒法蘭和筒體過渡處的環向焊縫、門框和焊接筒體之間過渡處的連續焊縫、門框焊接焊縫應按照JB／T4730—2005《承壓設備無損檢測》標準進行100%超聲波檢測，焊縫質量為I級合格；對所有法蘭和筒節、筒節與筒節處和門框與筒體的T型焊縫接頭處應根據JB／T4730—2005《承壓設備無損檢測》標準進行X射線檢測，焊縫質量為II級合格。為防止表面裂紋，還要對法蘭與筒體之間環向焊縫和門框和筒體之間連續焊縫進行100%磁粉（MT）檢測，附件連接板焊接焊縫總數量20%進行滲透（PT）檢測，焊縫質量為I級合格。

方圓電氣股份有限公司正在加工制作的某風電場2.0 MW風電機組風力發電塔筒，風電機組塔筒總高度為82.38 m；塔筒由4節塔體組成，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。該風力發電機組每基塔筒焊縫總長約533 m需進行超聲波檢測，62個T型焊接接頭需進行X射線檢測，但由于超聲波檢測和射線檢測技術各自所具有的局限性，可能會造成一些缺陷漏檢，使風力發電塔筒焊縫質量得不到有效的控制。

1 TOFD在風電塔筒焊縫檢測可靠性試驗

1.1 TOFD檢測技術

超聲TOFD檢測技術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行探傷，具有高效、快速的特點［1］，能夠有效提高風力發電塔筒的焊縫質量。

1.2 試驗內容

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

表1 檢出缺陷數量

1.3 TOFD檢測結果分析

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利用超聲波進行檢測，對檢測時的工作環境沒有特殊的要求，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措施；而射線檢測因其放射的危害性受到國家政策的嚴格控制，現場只能單工種作業［4］。

2 實際應用及分析

2.1 TOFD法和UT法檢出缺陷數量比較

選用已制造完成的某風電場2.0 MW風電機組塔筒，分別用TOFD檢測儀和手動數字A型脈沖反射超聲波探傷儀對焊縫進行檢測，兩種檢測技術檢出的缺陷數量如表2。

表2 塔筒焊縫缺陷檢出數量

由表2可知，利用TOFD法比手動數字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法檢出缺陷數量比較

根據某風電場2.0 MW風電機組塔筒加工技術協議，對已被超聲波檢測過的塔筒所有T型焊縫接頭進行X射線檢測。在62個T型焊縫接頭中X射線與TOFD分別檢出的缺陷數量見表3。

表3 塔筒62個T型焊接接頭缺陷檢出數量

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、手動數字A型脈沖反射超聲波和X射線對某風電場2.0 MW風電機組的一基塔筒焊縫檢測所用時間如表4。

2.4 應用分析

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力發電塔筒焊縫相比，利用TOFD檢測風電塔筒焊縫不但可以滿足設計要求，還發現了前兩者未能檢出的缺陷，并且可以對缺陷進行更加全面的分析，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檢測技術可以用數字型式永久保存，能保證檢測資料的安全，彌補了手動A型脈沖反射超聲波檢測技術的不足。

在風力發電塔筒焊縫檢測中全部利用TOFD檢測技術檢測還存在一些技術性難題，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［5］；TOFD檢測塔筒法蘭和筒體過渡處的環向焊縫及門框和焊接筒體之間過渡處的連續焊縫時，在法蘭側和門框側無法放置探頭等。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行相應的補充檢測。

3 結語

TOFD技術于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、缺陷定位精度高、節省大量的檢測時間等優點。

隨著TOFD檢測技術實際檢測工作經驗的積累和技術難題上的攻關與研究，TOFD檢測技術將會在具有大量焊縫檢測工作的風力發電塔筒的制造行業和在役檢測領域，得到廣泛的應用。

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

［2］湯志偉.數據分析在TOFD檢測中的實際應用［J］.無損探傷，2008，32（4）：43-45.

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

［4］林光輝，關磊，黃偉，等.TOFD與RT的對比檢測研究及分析［J］.水力發電，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及管理工作。