TOFD在风电塔筒焊缝检测中的应用分析

 摘要：通过将TOFD检测技术应用于风力发电塔筒焊缝检测中，让其与现已成熟的A型脉冲反射超声波检测技术和射线检测技术相对比。得到一种更适合、更高效、更能满足风力发电塔筒焊缝质量要求的无损检测技术，来确保风力发电设备的安全运行及提高风力发电的安全指数和经济效益。
关键词：TOFD；焊缝检测；应用；分析
TOFD analysis can be applied in wind tower Weld Inspection
Cui Houlu
（Fangyuan Electric Co., Ltd. Heze 274200 China)
Abstract:By TOFD detection technology used in wind turbine towers in Weld Inspection, and has been allowed to mature A-type ultrasonic pulse echo technique and ray detection technology to detect the relative ratio.Come up with a more suitable, more efficient and better meet the non-destructive testing technology of wind power tower tube weld quality requirements to ensure safe operation of the wind power generation equipment and to increase wind power and economic security index.
Keywords: TOFD；Weld Inspection；Applications；Analysis

1 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。如风力发电塔筒焊缝中存在危害性缺陷有可能造成风力发电机组倒塔事故发生。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多为塔筒纵向焊缝、环焊缝、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、门框焊接焊缝按照JB／Ｔ4730-2005标准进行100%超声波检测，焊缝质量I 级合格。 并且所有法兰和筒节的T型焊缝接头处根据JB／Ｔ4730.2-2005均布片X射线检测；筒节与筒节处的T型焊缝接头按照100％数量进行布片X射线检测，每个T型布片2张，胶片长度为300mm，门框与筒体的T型焊接接头处根据JB／Ｔ4730.2-2005均布片X射线检测，焊缝质量II级合格。为防止表面裂纹还在法兰和筒体之间环向焊缝100% MT检查；门框和筒体之间连续焊缝100% MT检查；附件连接板焊接焊缝总数量20％PT检查，焊缝质量为I 级合格。
如我公司现正在加工制作的中国大唐集团公司大唐山西岚县阎家背风电场2.0MW风电机组风力发电塔筒，本风电机组塔筒高度：82.38m，塔筒有4节塔体组成，下段、中下段、中上段塔架直径均为4.3m，上段塔架直径为3.7m。该风力发电机组每基塔筒焊缝长约533m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，而TOFD检测技术即能高效、快速的对焊缝进行检测，又能有效的控制风力发电塔筒的焊缝质量。

2 TOFD在风电塔筒焊缝检测可靠性试验
2.1 试验
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、纵焊缝各11种规格进行无损检测。三种不同检测方法检出缺陷数量如表1。
2.2 TOFD检测结果分析
由表1中可以看出,TOFD检测相对于手动A型脉冲反射超声波检测和X射线检测可靠性高，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，能够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A扫描显示大得多，在A型显示中，屏幕只能显示一条A扫信号，而TOFD图像显示的是一条焊缝检测的大量A扫信号的集合。与A型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。
TOFD是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。超声波检测是一种环保的检测方式，对检测人员没有任何伤害，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。
焊缝编号 板厚（mm） 检测方法
TOFD UT RT
环缝1 36/34 3 2 2
纵缝2 36 1 1 1
环缝3 32/30 3 2 3
纵缝4 32 2 1 1
环缝5 28/28 3 2 3
纵缝6 28 1 0 0
环缝7 24/22 2 2 1
纵缝8 24 1 1 1
环缝9 20/18 2 0 1
纵缝10 20 0 0 0
环缝11 16/14 2 1 2
纵缝12 14 1 1 1
总数 21 13 16
表1 检出缺陷数量

3 实际应用及分析
3.1 TOFD和手动数字A型脉冲反射超声波检出缺陷数
选用一基已制造完成的大唐山西岚县阎家背风电场2.0MW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，两种检测技术分别检出的缺陷数量，如表2。
筒节号 检测方法
TOFD UT
下段塔架 T1 15 12
中下段塔架 T2 6 6
中上段塔架 T3 6 4
上段塔架 T4 8 7
合计 35 29
表2 塔筒焊缝缺陷检出数量
由表2得知，TOFD比手动数字A型脉冲反射超声波检测出的缺陷多，而且在TOFD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个不合格缺陷。
3.2 TOFD和X射线检出缺陷数
根据大唐山西岚县阎家背风电场2.0MW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。
在表3中，被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个不合格缺陷。
3.3 TOFD、手动A型脉冲反射超声波和X射线检测用时
TOFD、手动数字A型脉冲反射超声波和X射线对大唐山西岚县阎家背风电场2.0MW风电机组的一基塔筒焊缝检测所用时间，见表4。
筒节号 检测方法
TOFD RT
下段塔架 T1 5 4
中下段塔架 T2 2 2
中上段塔架 T3 4 3
上段塔架 T4 3 3
合计 14 12
表3 塔筒62个T型焊接接头缺陷检出数量

筒节号 检测方法
TOFD UT+RT
下段塔架 T1 100 245
中下段塔架 T2 160 275
中上段塔架 T3 200 310
上段塔架 T4 210 340
累计 670 1170
表4 塔筒焊缝检测所用时间（min）
3.4 应用分析
从表2、表3中得出，用TOFD检测风电塔筒焊缝比手动A型脉冲反射超声波和射线检测风力发电塔筒焊缝不但可以满足相关设计要求，而且还发现了手动A型脉冲反射超声波和射线检测未能检出的缺陷，并且还可以利用软件对缺陷进行更加全面的分析，消除了风力发电机组后期运行的安全隐患。
TOFD检测风电塔筒焊缝时只须做线性扫查，无须做锯齿形扫查就可以对焊缝完成检测，由表4看出检测速度是手动A型脉冲反射超声波的2倍左右。
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，没有其它耗材，检测成本相对较低。
在检测资料上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型脉冲反射超声波和射线检测技术的不足。
在风力发电塔筒焊缝检测中全部用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；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。所以还须用手动A型脉冲反射超声波、射线检测、磁粉检测及其它检测方法对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及T型焊接接头进行相应的补充检测。

4 结语
TOFD技术于2001年被引入我国，由于TOFD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。目前TOFD检测技术已经在国内的电力、石油、化工、船舶、航空等领域得到推广和应用。
相信随着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。

5 参考文献

1、强天鹏.衍射时差法（TOFD）超声波检测技术.2009年
2、JB/T 4730-2005 承压设备无损检测.新华出版社