風(fēng)電塔筒基礎(chǔ)環(huán)的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)

王中亞

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司， 安徽　合肥　230031)

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風(fēng)電塔筒基礎(chǔ)環(huán)的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)

王中亞

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司， 安徽合肥230031)

介紹了風(fēng)電塔筒基礎(chǔ)環(huán)的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?，分析了其技術(shù)特點(diǎn)，將此檢驗(yàn)?zāi)Ｊ綉?yīng)用于某風(fēng)電場塔筒基礎(chǔ)環(huán)的金屬監(jiān)督工作。結(jié)果表明，以目視檢測、磁粉檢測、超聲檢測、金相檢驗(yàn)與硬度測試為主的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ奖容^完善，能夠較為全面的對基礎(chǔ)環(huán)的缺陷狀況進(jìn)行評估，具有推廣價(jià)值，對開展其他風(fēng)機(jī)設(shè)備的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)工作具有積極的參考和借鑒作用。

風(fēng)電；塔筒；基礎(chǔ)環(huán)；金屬監(jiān)督；磁粉檢測；超聲檢測

1　前言

風(fēng)電作為一種清潔能源，是各大發(fā)電集團(tuán)“十三五”規(guī)劃中能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，風(fēng)電設(shè)備的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)在新的形勢下逐漸提上日程?；A(chǔ)環(huán)是獨(dú)立風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)重要的預(yù)埋部件，承載著風(fēng)機(jī)塔筒及風(fēng)機(jī)等逾百噸的靜荷載以及運(yùn)行時(shí)的高強(qiáng)度風(fēng)動(dòng)疲勞荷載，是極容易發(fā)生破壞的薄弱環(huán)節(jié)。

基礎(chǔ)環(huán)的焊接質(zhì)量直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一旦出現(xiàn)焊縫質(zhì)量問題將會形成極大的設(shè)備安全隱患，因此應(yīng)高度重視基礎(chǔ)環(huán)焊縫在服役過程中的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)工作，如何提供高質(zhì)量的風(fēng)電設(shè)備金屬技術(shù)監(jiān)督服務(wù)也是值得思考的課題。國內(nèi)已經(jīng)有學(xué)者重視相關(guān)方面的研究[1]。本文介紹了風(fēng)電塔筒基礎(chǔ)環(huán)的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)?zāi)Ｊ郊捌涮攸c(diǎn)，在某風(fēng)電場開展應(yīng)用工作并對應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，為后續(xù)風(fēng)電設(shè)備金屬監(jiān)督檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降耐晟铺峁┯幸饬x的參考。

2　金屬監(jiān)督檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?/h2>

金屬監(jiān)督通過對受監(jiān)部件的檢驗(yàn)和診斷，及時(shí)了解并掌握設(shè)備金屬部件的質(zhì)量狀況，防止機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、安裝中出現(xiàn)的與金屬材料相關(guān)的問題以及運(yùn)行過程中材料老化、性能下降等因素而引起的各類事故，從而減少機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)和時(shí)間，提高設(shè)備安全運(yùn)行的可靠性，延長設(shè)備的使用壽命[2]?；A(chǔ)環(huán)在焊接過程中可能會產(chǎn)生各種各樣的焊接缺陷，焊接缺陷作為潛在的裂紋源，在運(yùn)行過程中受塔筒自身重力和疲勞載荷的作用存在萌生裂紋的可能，因此要對焊接缺陷進(jìn)行嚴(yán)格控制?；A(chǔ)環(huán)的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)主要采用以下幾種方法。

2.1目視檢測

目視檢測，通常又叫做宏觀檢查，是僅指用人的眼睛或借助于某種目視輔助器材觀察、分析和評價(jià)被檢件狀況的一種無損檢測方法[3]。目視檢測是最原始也是最重要的一種方法，是采取其他檢測方法的先決條件。目視檢測方法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.7-2012《承壓設(shè)備無損檢測 第7部分：目視檢測》。

2.2磁粉檢測

磁粉檢測是利用材料磁學(xué)特性檢測工件中表面和近表面缺陷的方法?；A(chǔ)環(huán)材料多采用低合金鋼，焊縫表面的起弧和收弧處是容易產(chǎn)生焊接裂紋的位置，焊縫熔合線區(qū)域在運(yùn)行過程中也可能萌生疲勞裂紋，對此類缺陷采用磁粉檢測是最有效的方法。磁粉檢測方法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.4-2015《承壓設(shè)備無損檢測 第4部分：磁粉檢測》，檢測方法推薦選擇濕法、連續(xù)法、交叉磁軛法，基礎(chǔ)環(huán)焊縫合格級別為Ⅰ級。

2.3超聲檢測

超聲檢測是利用超聲波的傳播特性，通過觀察超聲波在被檢材料或工件中發(fā)生的傳播變化，來判定被檢材料和工件的內(nèi)部和表面是否存在缺陷的一種方法。超聲檢測主要用來檢測焊縫的內(nèi)部缺陷，尤其是某些射線檢測不適用的場合?；A(chǔ)環(huán)焊縫的超聲檢測依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.3-2015《承壓設(shè)備無損檢測第3部分：超聲檢測》，合格級別為Ⅰ級。

2.4金相檢驗(yàn)與硬度測試

金相檢驗(yàn)是應(yīng)用金相學(xué)方法檢查金屬材料的宏觀和顯微組織的工作，是金屬材料試驗(yàn)研究的重要手段。硬度測試能反映出材料在化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和處理工藝上的差異，是快速經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)方法?；A(chǔ)環(huán)在焊接過程中可能產(chǎn)生的組織變化及異常可以通過金相檢驗(yàn)與硬度測試進(jìn)行分析，為壽命評估提供重要的論據(jù)支撐。

2.5超聲波測厚

壁厚是一種重要的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，超聲波測厚可以測量塔筒基礎(chǔ)環(huán)的厚度以及分層類缺陷，監(jiān)視基礎(chǔ)環(huán)的腐蝕減薄情況，是定期抽檢的一項(xiàng)重要工作。

塔筒基礎(chǔ)環(huán)的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)?zāi)Ｊ骄褪蔷C合采用多種檢驗(yàn)檢測方法對基礎(chǔ)環(huán)的缺陷及缺陷的擴(kuò)展進(jìn)行全方位的檢測和評判，提出相應(yīng)的技術(shù)措施，從而保證風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

3　基礎(chǔ)環(huán)的金屬監(jiān)督

筆者曾對某風(fēng)電場24臺風(fēng)機(jī)塔筒的基礎(chǔ)環(huán)焊縫進(jìn)行了金屬監(jiān)督檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)多臺塔筒基礎(chǔ)環(huán)焊縫存在不同程度的異常和缺陷，缺陷情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1　基礎(chǔ)環(huán)焊縫缺陷情況統(tǒng)計(jì)表

圖1　熔合線區(qū)域孔洞

目視檢測主要觀察焊縫成形情況，檢查有無咬邊、成形不良等缺陷。圖1所示的2個(gè)Φ1mm孔洞位于焊縫上熔合線區(qū)域，孔深3mm，二者相距5mm，由焊接或補(bǔ)焊過程的未熔透引起。因兩孔距離過小，受巨大疲勞載荷作用存在擴(kuò)展成線造成焊縫開裂的可能，采取了打磨后補(bǔ)焊的處理措施。

磁粉檢測主要檢測焊縫及熱影響區(qū)的表面及近表面缺陷。常見的缺陷顯示由位于焊縫表面或熔合線的表面裂紋引起。焊縫表面裂紋多屬于埋弧焊時(shí)起弧收弧處的裂紋，一般深度不深，采取打磨消除并經(jīng)磁粉檢測合格即可。熔合線裂紋的成因是焊接原始缺陷引起應(yīng)力集中，在疲勞載荷的作用下誘發(fā)開裂，此類裂紋的危害性極大，應(yīng)慎重處理。

基礎(chǔ)環(huán)焊縫采用的焊接方法是埋弧自動(dòng)焊，一般情況下焊接質(zhì)量較好。超聲檢測時(shí)應(yīng)注意對層間缺陷的檢測以及聲程大于一次底波的偽缺陷波的判別。此次檢測共發(fā)現(xiàn)6條焊縫存在缺陷反射信號，以點(diǎn)狀反射體為主，指示長度均小于10mm，回波動(dòng)態(tài)波形模式多為波形模式Ⅰ。值得注意的是，某塔筒基礎(chǔ)環(huán)焊縫的反射信號具有疑似坡口未熔合缺陷特征，因指示長度與高度均較小，采取的處理措施是建議每半年進(jìn)行復(fù)查，監(jiān)視缺陷的擴(kuò)展情況，以后開展此類工作時(shí)應(yīng)予以重視。

金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)除兩塔筒外，共22條基礎(chǔ)環(huán)焊縫顯微組織呈現(xiàn)不同程度的魏氏傾向。其中，8條塔筒基礎(chǔ)環(huán)焊縫為典型的魏氏組織，2條基礎(chǔ)環(huán)焊縫存在淬硬組織，硬度為HB300。魏氏組織及淬硬馬氏體組織的存在將大幅度降低焊縫的韌性，使得塔筒基礎(chǔ)環(huán)焊縫在承受高強(qiáng)度疲勞載荷的運(yùn)行過程中易于產(chǎn)生裂紋，對運(yùn)行構(gòu)成安全隱患。采取的處理措施是對存在典型魏氏組織的基礎(chǔ)環(huán)焊縫實(shí)施監(jiān)督運(yùn)行，加強(qiáng)定期檢驗(yàn)，縮短檢驗(yàn)周期，在有條件的情況下應(yīng)予以更換。

此次金屬監(jiān)督檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問題具有一定的代表性，檢測模式比較完善且效率較高，采用的檢驗(yàn)檢測方法基本能覆蓋所關(guān)注的缺陷檢測要求，為以后開展基礎(chǔ)環(huán)及其他風(fēng)電設(shè)備的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)提供了參考與借鑒意義。金屬監(jiān)督檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的設(shè)備異?；虺瑯?biāo)缺陷在巨大疲勞載荷的特殊條件下嚴(yán)重危及風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，如不定期進(jìn)行檢驗(yàn)且采取有效措施，部件開裂失效等造成的風(fēng)險(xiǎn)將極大提高，應(yīng)引起風(fēng)電場足夠重視。

4　結(jié)論

本文介紹了風(fēng)電塔筒基礎(chǔ)環(huán)的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)?zāi)Ｊ讲⑦M(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。結(jié)果表明，以目視檢測、磁粉檢測、超聲檢測、金相檢驗(yàn)與硬度測試為主的檢驗(yàn)?zāi)Ｊ奖容^完善，能夠較為全面的對基礎(chǔ)環(huán)的缺陷狀況進(jìn)行評估，效率較高，具有推廣價(jià)值，對開展其他風(fēng)機(jī)設(shè)備的金屬監(jiān)督檢驗(yàn)工作具有積極的參考和借鑒作用。高水平高質(zhì)量的金屬監(jiān)督技術(shù)服務(wù)能夠提前發(fā)現(xiàn)缺陷隱患，輔助風(fēng)電場采取相應(yīng)技術(shù)措施防止事故發(fā)生，保障風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

[1] 崔克楠，韓振華，聶偉偉.風(fēng)電塔筒探傷經(jīng)驗(yàn)介紹及相關(guān)建議[J].無損檢測，2012，34(8)：70-75.

[2] DL/T 438-2009，火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[S].

[3] NB/T 47013.7-2012，承壓設(shè)備無損檢測 第7部分：目視檢測[S].

[責(zé)任編輯：薛寶]

Supervision-Inspection of Metal in Foundation Ring of Wind Turbine Tower

WANGZhong-ya

(ChinaDatangCorporationScienceandTechnologyResearchInstituteCo.,Ltd.EasternChinaBranch,Hefei230031,China)

This paper introduces the supervision-inspection mode of metal in foundation ring of wind turbine tower and analyzes the technical characteristics. The inspection mode is applied in metal supervision-inspection of foundation ring of wind turbine tower for wind farm. The results show that the inspection mode based on visual examination, magnetic particle testing, ultrasonic testing, metallographic examination and hardness testing is perfect relatively and can evaluate the defects in foundation ring better. The mode is worth popularizing and provides a positive reference for the metal supervision-inspection of other wind power equipments.

wind power; tower; foundation ring; supervision of metal; magnetic particle testing; ultrasonic testing

2016- 04-13

王中亞(1986-)，男，安徽合肥人，中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司，工程師，碩士，從事電力行業(yè)無損檢測工藝及仿真技術(shù)的研究。E-mail：wzylyqwny@163.com

TK83

A

1672-9706(2016)03- 0083- 03