TOFD检测技术在风电塔筒焊缝检测中的应用

崔厚路

（方圆电气股份有限公司，山东菏泽274200）

TOFD检测技术在风电塔筒焊缝检测中的应用

崔厚路

（方圆电气股份有限公司，山东菏泽274200）

将TOFD检测技术应用于风力发电塔筒焊缝检测中，与现已成熟的A型脉冲反射超声波检测技术和射线检测技术进行对比分析，得到一种更高效、更符合风力发电塔筒焊缝质量要求的无损检测技术，确保风力发电设备的安全运行，提高了风力发电的安全指数和经济效益。

TOFD；风电塔筒；焊缝检测；无损检测

0 引言

风力发电塔筒类型多为圆形钢制锥筒，风力发电塔筒在运行时承受较大的机组载荷及风载荷。为避免因塔筒焊缝质量问题而造成风力发电机组倒塔事故，风力发电塔筒焊缝设计质量要求为：对塔筒纵向焊缝、塔筒环向焊缝、塔筒法兰和筒体过渡处的环向焊缝、门框和焊接筒体之间过渡处的连续焊缝、门框焊接焊缝应按照JB／T4730—2005《承压设备无损检测》标准进行100%超声波检测，焊缝质量为I级合格；对所有法兰和筒节、筒节与筒节处和门框与筒体的T型焊缝接头处应根据JB／T4730—2005《承压设备无损检测》标准进行X射线检测，焊缝质量为II级合格。为防止表面裂纹，还要对法兰与筒体之间环向焊缝和门框和筒体之间连续焊缝进行100%磁粉（MT）检测，附件连接板焊接焊缝总数量20%进行渗透（PT）检测，焊缝质量为I级合格。

方圆电气股份有限公司正在加工制作的某风电场2.0 MW风电机组风力发电塔筒，风电机组塔筒总高度为82.38 m；塔筒由4节塔体组成，下段、中下段、中上段塔筒直径均为4.3 m，上段塔筒直径为3.7 m。该风力发电机组每基塔筒焊缝总长约533 m需进行超声波检测，62个T型焊接接头需进行X射线检测，但由于超声波检测和射线检测技术各自所具有的局限性，可能会造成一些缺陷漏检，使风力发电塔筒焊缝质量得不到有效的控制。

1 TOFD在风电塔筒焊缝检测可靠性试验

1.1 TOFD检测技术

超声TOFD检测技术是一种超声衍射时间差法的无损检测方法，采用一对频率、尺寸、角度相同的纵波探头进行探伤，具有高效、快速的特点［1］，能够有效提高风力发电塔筒的焊缝质量。

1.2 试验内容

对比试验采用数字A型脉冲反射超声波探伤仪、X射线机和TOFD检测仪，对钢板卷制焊接的环焊缝、纵焊缝进行无损检测。3种不同检测方法检出缺陷数量如表1。

表1 检出缺陷数量

1.3 TOFD检测结果分析

由表1可以看出，TOFD检测相对于手动A型脉冲反射超声波检测（UT）和X射线检测（RT）可靠性高，对缺陷的检出率高，缺陷漏检少。

TOFD系统配用半自动扫查装置确定缺陷与探头的相对位置，信号通过处理可以转换为TOFD图像。图像的信息量显示比超声波扫描显示大得多，在超声波显示中，屏幕只能显示一条超声波信号，而TOFD图像显示的是一条焊缝检测的大量超声波信号的集合。与超声波信号的波形显示相比，包含丰富信息的TOFD图像更有利于缺陷的识别和分析［2］。

TOFD利用超声波进行检测，对检测时的工作环境没有特殊的要求，对检测人员没有任何伤害［3］，所以在工作场合不需要特殊的安全保护措施；而射线检测因其放射的危害性受到国家政策的严格控制，现场只能单工种作业［4］。

2 实际应用及分析

2.1 TOFD法和UT法检出缺陷数量比较

选用已制造完成的某风电场2.0 MW风电机组塔筒，分别用TOFD检测仪和手动数字A型脉冲反射超声波探伤仪对焊缝进行检测，两种检测技术检出的缺陷数量如表2。

表2 塔筒焊缝缺陷检出数量

由表2可知，利用TOFD法比手动数字A型脉冲反射超声波检测出的缺陷多，而且在利用TOFD法检出的35个缺陷中有5个被判定为不合格缺陷，手动数字A型脉冲反射超声波检测出的29个缺陷中只有4个被判定为不合格缺陷。

2.2 TOFD法和RT法检出缺陷数量比较

根据某风电场2.0 MW风电机组塔筒加工技术协议，对已被超声波检测过的塔筒所有T型焊缝接头进行X射线检测。在62个T型焊缝接头中X射线与TOFD分别检出的缺陷数量见表3。

表3 塔筒62个T型焊接接头缺陷检出数量

在表3中，利用TOFD检出的14个缺陷中有4个被判定为不合格缺陷，而X射线检测只有3个被判定为不合格缺陷。

2.3 检测用时比较

TOFD、手动数字A型脉冲反射超声波和X射线对某风电场2.0 MW风电机组的一基塔筒焊缝检测所用时间如表4。

2.4 应用分析

由表2、表3可知，与利用手动A型脉冲反射超声波和射线检测风力发电塔筒焊缝相比，利用TOFD检测风电塔筒焊缝不但可以满足设计要求，还发现了前两者未能检出的缺陷，并且可以对缺陷进行更加全面的分析，更有效消除安全隐患。

表4 塔筒焊缝检测所用时间min

利用TOFD检测风电塔筒焊缝时只需做线性扫查，无需做锯齿形扫查就可以对焊缝完成检测，由表4可知其检测速度是手动A型脉冲反射超声波的2倍左右。

利用TOFD检测时，探头是通过契块与工件接触，减少了探头的磨损，与手动A型脉冲反射超声波和射线检测相比，没有其他耗材，检测成本相对较低。

在检测资料方面，TOFD检测技术可以用数字型式永久保存，能保证检测资料的安全，弥补了手动A型脉冲反射超声波检测技术的不足。

在风力发电塔筒焊缝检测中全部利用TOFD检测技术检测还存在一些技术性难题，如TOFD对焊缝中的横向缺陷检出率低，在焊缝的表面及底部有一定的盲区［5］；TOFD检测塔筒法兰和筒体过渡处的环向焊缝及门框和焊接筒体之间过渡处的连续焊缝时，在法兰侧和门框侧无法放置探头等。因此还需用手动A型脉冲反射超声波、射线检测、磁粉检测及其他检测方法进行相应的补充检测。

3 结语

TOFD技术于2001年被引入我国，与手动A型脉冲反射超声波和射线检测相比，TOFD检测技术具有操作简单、扫查速度快、对操作人员没有任何伤害、成本低、缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省大量的检测时间等优点。

随着TOFD检测技术实际检测工作经验的积累和技术难题上的攻关与研究，TOFD检测技术将会在具有大量焊缝检测工作的风力发电塔筒的制造行业和在役检测领域，得到广泛的应用。

［1］伊新.TOFD检测技术基本原理及其应用探讨［J］.石油化工应用，2008，27（3）：29-31.

［2］汤志伟.数据分析在TOFD检测中的实际应用［J］.无损探伤，2008，32（4）：43-45.

［3］强天鹏.衍射时差法（TOFD）超声波检测技术［M］.北京：中国特种设备检验协会出版社，2009.

［4］林光辉，关磊，黄伟，等.TOFD与RT的对比检测研究及分析［J］.水力发电，2012，38（9）：83-85.

［5］杨双羊，贾刘仁，郭浩霖，等.衍射时差法超声检测盲区研究［J］.无损探伤，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，主要从事无损检测技术及管理工作。