在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整個(gè)運(yùn)行生命周期內(nèi)，塔架作為其主要的承重部件，長(zhǎng)期受到機(jī)組交變載荷的作用。而連接機(jī)組各部件的螺栓和塔架焊縫是否具備優(yōu)良的抗疲勞性能，是防止塔架或機(jī)組出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，甚至倒塔事故的有力保障。

機(jī)組運(yùn)行過程中，焊縫和螺栓所處的工作環(huán)境較為惡劣，受力復(fù)雜，隨著使用年限的增加，極易出現(xiàn)松動(dòng)及裂紋缺陷，當(dāng)這些缺陷發(fā)展一定程度時(shí),會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行?？紤]到焊縫和螺栓連接可靠性直接影響到整個(gè)機(jī)組的可靠性和使用壽命，因此有必要對(duì)焊縫和螺栓缺陷進(jìn)行定期檢測(cè)，提早發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷,以便及時(shí)更換和維護(hù),把隱患扼殺在搖籃中。

與此同時(shí)，我國(guó)早期安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組壽命陸續(xù)到期，需對(duì)其當(dāng)前以及延壽期間的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。作為重要的承載結(jié)構(gòu)，塔架焊縫和機(jī)組螺栓的健康狀態(tài)也是機(jī)組延壽評(píng)估過程的重要一環(huán)。對(duì)此，鑒衡認(rèn)證中心在其發(fā)布的CGC/GF 149:2020《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組延壽技術(shù)規(guī)范》中，對(duì)塔架焊縫和機(jī)組連接螺栓的延壽檢查提出了相關(guān)要求。

1 常見無損檢測(cè)方法

目前風(fēng)電行業(yè)針對(duì)在役機(jī)組塔架焊縫和機(jī)組螺栓的常用無損檢測(cè)方法有：

1）磁粉探傷

通過磁粉在缺陷附近漏磁場(chǎng)中的堆積以檢測(cè)鐵磁性材料表面或近表面處缺陷的一種無損檢測(cè)方法。將鋼鐵等磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位的漏磁能吸附磁粉的特征，依磁粉分布顯示被探測(cè)物件表面缺陷和近表面缺陷的探傷方法。

2）超聲波探傷

聲源產(chǎn)生超聲波，采用一定方式進(jìn)入工件。在工件中傳播并與工件材質(zhì)以及工件中缺陷相互作用，使傳播方向或特征發(fā)生改變 。改變后的超聲波通過檢測(cè)設(shè)備被接收，對(duì)其進(jìn)行處理和分析。根據(jù)接收超聲波的特征，評(píng)估工件本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特征。

3）超聲波相控陣

該方法和常規(guī)超聲波檢測(cè)的原理相似，都是基于脈沖反射的原理。相對(duì)于常規(guī)超聲波探傷，其優(yōu)勢(shì)在于：

相控陣超聲通過對(duì)探頭依次激發(fā)使超聲波發(fā)生偏轉(zhuǎn)，按照一定角度進(jìn)行掃查，掃查焊縫時(shí)，相控陣無需鋸齒掃查，只要沿著焊縫挪動(dòng)探頭即可，掃查鍛件時(shí)，掃查范圍更廣,檢測(cè)效率比常規(guī)掃查效率更高。同時(shí)不易對(duì)工件造成漏檢，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性和可靠性。

相控陣超聲通過探頭依次激發(fā)可以產(chǎn)生超聲聚焦，而常規(guī)超聲波一般沒有（除了聚焦探頭外），因此能克服超聲近場(chǎng)區(qū)對(duì)工件檢測(cè)帶來干擾，使相控陣探頭可以對(duì)較薄工件進(jìn)行有效檢測(cè)。

相控陣檢測(cè)同時(shí)擁有B掃、S掃和C掃描，使缺陷顯示直觀、清晰，根據(jù)B掃、S掃和C掃描顏色不同判斷工件缺陷，易于對(duì)工件內(nèi)部缺陷當(dāng)量進(jìn)行評(píng)定。而常規(guī)超聲波只能通過波形高低來分辨缺陷當(dāng)量。

2 塔架焊縫無損探傷

2.1磁粉探傷方案

2.1.1檢驗(yàn)等級(jí)

2.1.2檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)

1）使用觸頭法局部磁化工件時(shí)，點(diǎn)擊間距應(yīng)控制在75mm～200mm之間，其檢測(cè)有效寬度為觸頭中心線兩側(cè)各1/4極距。

2）檢測(cè)時(shí)通電時(shí)間不應(yīng)太長(zhǎng)，電極與工件之間應(yīng)保持良好的接觸，以免工件。

3）兩次磁化區(qū)域間應(yīng)有不小于10%的磁化重疊。

4）工件被檢區(qū)表面及其相鄰至少25mm范圍內(nèi)應(yīng)干燥，并不得有油脂、污垢、鐵銹、氧化皮、纖維屑、焊劑、焊接飛濺或其他粘附磁粉的物質(zhì)；表面的不規(guī)則狀態(tài)不得影響檢測(cè)結(jié)果的正確性和完整性，否則應(yīng)做適當(dāng)?shù)男蘩?，修理后的被檢工件表面粗糙度Ra≤25μm。

5)被檢工件表并面有非磁性涂層時(shí)，如果夠保證涂層厚度不超過0.05mm，并經(jīng)檢測(cè)單位（或機(jī)構(gòu)）技術(shù)負(fù)責(zé)人同意和標(biāo)準(zhǔn)試片驗(yàn)證不影響磁痕顯示后可帶涂層進(jìn)行磁粉檢測(cè)，并歸檔保存驗(yàn)證資料。

2.2超聲探傷方案

2.2.2檢驗(yàn)等級(jí)

根據(jù)質(zhì)量要求焊縫超聲檢驗(yàn)等級(jí)分為A、B、C三級(jí)，檢驗(yàn)的完善程度A級(jí)，B級(jí)一般，C級(jí)，檢驗(yàn)工作的難度系數(shù)按A、B、C順序逐級(jí)增高。應(yīng)按照工件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、焊接方法，使用條件及承受載荷的不同，合理地選用檢驗(yàn)級(jí)別。檢驗(yàn)等級(jí)應(yīng)按產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范和有關(guān)規(guī)定選擇或經(jīng)合同雙方協(xié)商選定。

2.2.3檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)

a) 探頭移動(dòng)區(qū)應(yīng)清除油垢及其它外部雜質(zhì)，探傷表面應(yīng)平整光滑，便于探頭的自由掃查，其表面粗糙度不應(yīng)超過6.3μm，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行打磨，超聲波探傷檢驗(yàn)應(yīng)在焊縫及探傷表面經(jīng)外觀檢查合格且滿足以上要求后進(jìn)行；

b) 檢驗(yàn)前，探傷工程師應(yīng)了解被檢工件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、厚度、焊接方法、焊縫種類、坡口形式及焊縫余高等情況；

c) 探傷靈敏度應(yīng)不低于評(píng)定線靈敏度；

d) 掃查速度不應(yīng)大于150mm/s，相鄰兩次探頭移動(dòng)間隔保證至少有探頭寬度10%的重疊；

3 螺栓無損探傷

高強(qiáng)螺栓是一種不帶孔的剛性螺栓，裂紋波形特點(diǎn)是波形清晰、陡直、尖銳，部位一般在結(jié)合面附近1~2道螺紋處；對(duì)于較大的裂紋，底波明顯減弱甚至消失，緊靠裂紋波之后的螺紋將由于裂紋的遮擋而消失或減弱。

3.1常規(guī)超聲探傷方案檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)

a) 需清除高強(qiáng)螺栓兩側(cè)端面的油垢及其它外部雜質(zhì)。檢驗(yàn)表面應(yīng)打磨，其表面粗糙度應(yīng)不大于6.3μm。

b) 檢驗(yàn)前，探傷工程師應(yīng)了解被檢工件的材質(zhì)、高度等情況，先進(jìn)行宏觀檢查合格。

c) 螺栓的檢驗(yàn)區(qū)域應(yīng)覆蓋螺栓的全體積，并關(guān)注應(yīng)力集中部位，例如接合面附近一至三道螺紋根部、退刀槽附近（b區(qū)）及兩區(qū)之間受力較大區(qū)域（c區(qū)）。

3.2相控陣超聲探傷方案

超聲相控陣常用的有線性掃查和扇形掃查，有效克服了材料內(nèi)部缺陷取向?qū)z測(cè)結(jié)果的影響。

4檢測(cè)周期及比例

依據(jù)通用標(biāo)準(zhǔn)，焊縫和螺栓抽檢比例可參考GB/T2828-2012《計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)程序》中的一般Ⅱ類。同時(shí)GBT 20319-2017《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 驗(yàn)收規(guī)范》中的規(guī)定了螺栓預(yù)緊力抽檢比例為10%，可供參考使用。

建議檢測(cè)周期為每年檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)損傷螺栓，宜對(duì)其周邊螺栓提高檢測(cè)頻次。

5總結(jié)

隨著風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，作為承載結(jié)構(gòu)的螺栓和塔筒焊縫疲勞損傷風(fēng)險(xiǎn)日益提高。同時(shí)我國(guó)早期安裝運(yùn)行的機(jī)組即將進(jìn)入設(shè)計(jì)壽命晚期，需要進(jìn)行延壽評(píng)估以確定其是否可以繼續(xù)使用，因此對(duì)螺栓和塔筒焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)便顯得尤為重要。

由于目前風(fēng)電行業(yè)的無損檢測(cè)多借用其它行業(yè)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因此通過廣泛的檢測(cè)實(shí)踐，提出一套適合于風(fēng)電行業(yè)的無損檢測(cè)要求和標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。

在《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組延壽技術(shù)規(guī)范》發(fā)布之后，鑒衡對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)運(yùn)行疲勞損傷與檢測(cè)、葉片檢查等模塊討論了專題技術(shù)要求，后續(xù)我們還將針對(duì)：延壽的檢查、外部條件的分析、運(yùn)行狀態(tài)的分析、模型建立方法、壽命計(jì)算方法、延壽與技改等展開討論。