风电塔筒基础环的金属监督检验

王中亚

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司， 安徽　合肥　230031)



风电塔筒基础环的金属监督检验

王中亚

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司， 安徽合肥230031)

介绍了风电塔筒基础环的金属监督检验模式，分析了其技术特点，将此检验模式应用于某风电场塔筒基础环的金属监督工作。结果表明，以目视检测、磁粉检测、超声检测、金相检验与硬度测试为主的检验模式比较完善，能够较为全面的对基础环的缺陷状况进行评估，具有推广价值，对开展其他风机设备的金属监督检验工作具有积极的参考和借鉴作用。

风电；塔筒；基础环；金属监督；磁粉检测；超声检测

1　前言

风电作为一种清洁能源，是各大发电集团“十三五”规划中能源结构的重要组成部分，风电设备的金属监督检验在新的形势下逐渐提上日程。基础环是独立风机基础重要的预埋部件，承载着风机塔筒及风机等逾百吨的静荷载以及运行时的高强度风动疲劳荷载，是极容易发生破坏的薄弱环节。

基础环的焊接质量直接关系到风机的安全稳定运行，一旦出现焊缝质量问题将会形成极大的设备安全隐患，因此应高度重视基础环焊缝在服役过程中的金属监督检验工作，如何提供高质量的风电设备金属技术监督服务也是值得思考的课题。国内已经有学者重视相关方面的研究[1]。本文介绍了风电塔筒基础环的金属监督检验模式及其特点，在某风电场开展应用工作并对应用情况进行了分析，为后续风电设备金属监督检验模式的完善提供有意义的参考。

2　金属监督检验模式

金属监督通过对受监部件的检验和诊断，及时了解并掌握设备金属部件的质量状况，防止机组设计、制造、安装中出现的与金属材料相关的问题以及运行过程中材料老化、性能下降等因素而引起的各类事故，从而减少机组非计划停运次数和时间，提高设备安全运行的可靠性，延长设备的使用寿命[2]。基础环在焊接过程中可能会产生各种各样的焊接缺陷，焊接缺陷作为潜在的裂纹源，在运行过程中受塔筒自身重力和疲劳载荷的作用存在萌生裂纹的可能，因此要对焊接缺陷进行严格控制。基础环的金属监督检验主要采用以下几种方法。

2.1目视检测

目视检测，通常又叫做宏观检查，是仅指用人的眼睛或借助于某种目视辅助器材观察、分析和评价被检件状况的一种无损检测方法[3]。目视检测是最原始也是最重要的一种方法，是采取其他检测方法的先决条件。目视检测方法依据标准NB/T 47013.7-2012《承压设备无损检测 第7部分：目视检测》。

2.2磁粉检测

磁粉检测是利用材料磁学特性检测工件中表面和近表面缺陷的方法。基础环材料多采用低合金钢，焊缝表面的起弧和收弧处是容易产生焊接裂纹的位置，焊缝熔合线区域在运行过程中也可能萌生疲劳裂纹，对此类缺陷采用磁粉检测是最有效的方法。磁粉检测方法依据标准NB/T 47013.4-2015《承压设备无损检测 第4部分：磁粉检测》，检测方法推荐选择湿法、连续法、交叉磁轭法，基础环焊缝合格级别为Ⅰ级。

2.3超声检测

超声检测是利用超声波的传播特性，通过观察超声波在被检材料或工件中发生的传播变化，来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷的一种方法。超声检测主要用来检测焊缝的内部缺陷，尤其是某些射线检测不适用的场合。基础环焊缝的超声检测依据标准NB/T 47013.3-2015《承压设备无损检测第3部分：超声检测》，合格级别为Ⅰ级。

2.4金相检验与硬度测试

金相检验是应用金相学方法检查金属材料的宏观和显微组织的工作，是金属材料试验研究的重要手段。硬度测试能反映出材料在化学成分、组织结构和处理工艺上的差异，是快速经济的试验方法。基础环在焊接过程中可能产生的组织变化及异常可以通过金相检验与硬度测试进行分析，为寿命评估提供重要的论据支撑。

2.5超声波测厚

壁厚是一种重要的基础性数据，超声波测厚可以测量塔筒基础环的厚度以及分层类缺陷，监视基础环的腐蚀减薄情况，是定期抽检的一项重要工作。

塔筒基础环的金属监督检验模式就是综合采用多种检验检测方法对基础环的缺陷及缺陷的扩展进行全方位的检测和评判，提出相应的技术措施，从而保证风机的安全运行。

3　基础环的金属监督

笔者曾对某风电场24台风机塔筒的基础环焊缝进行了金属监督检验，发现多台塔筒基础环焊缝存在不同程度的异常和缺陷，缺陷情况统计见表1。

表1　基础环焊缝缺陷情况统计表

图1　熔合线区域孔洞

目视检测主要观察焊缝成形情况，检查有无咬边、成形不良等缺陷。图1所示的2个Φ1mm孔洞位于焊缝上熔合线区域，孔深3mm，二者相距5mm，由焊接或补焊过程的未熔透引起。因两孔距离过小，受巨大疲劳载荷作用存在扩展成线造成焊缝开裂的可能，采取了打磨后补焊的处理措施。

磁粉检测主要检测焊缝及热影响区的表面及近表面缺陷。常见的缺陷显示由位于焊缝表面或熔合线的表面裂纹引起。焊缝表面裂纹多属于埋弧焊时起弧收弧处的裂纹，一般深度不深，采取打磨消除并经磁粉检测合格即可。熔合线裂纹的成因是焊接原始缺陷引起应力集中，在疲劳载荷的作用下诱发开裂，此类裂纹的危害性极大，应慎重处理。

基础环焊缝采用的焊接方法是埋弧自动焊，一般情况下焊接质量较好。超声检测时应注意对层间缺陷的检测以及声程大于一次底波的伪缺陷波的判别。此次检测共发现6条焊缝存在缺陷反射信号，以点状反射体为主，指示长度均小于10mm，回波动态波形模式多为波形模式Ⅰ。值得注意的是，某塔筒基础环焊缝的反射信号具有疑似坡口未熔合缺陷特征，因指示长度与高度均较小，采取的处理措施是建议每半年进行复查，监视缺陷的扩展情况，以后开展此类工作时应予以重视。

金相检验发现除两塔筒外，共22条基础环焊缝显微组织呈现不同程度的魏氏倾向。其中，8条塔筒基础环焊缝为典型的魏氏组织，2条基础环焊缝存在淬硬组织，硬度为HB300。魏氏组织及淬硬马氏体组织的存在将大幅度降低焊缝的韧性，使得塔筒基础环焊缝在承受高强度疲劳载荷的运行过程中易于产生裂纹，对运行构成安全隐患。采取的处理措施是对存在典型魏氏组织的基础环焊缝实施监督运行，加强定期检验，缩短检验周期，在有条件的情况下应予以更换。

此次金属监督检验发现的问题具有一定的代表性，检测模式比较完善且效率较高，采用的检验检测方法基本能覆盖所关注的缺陷检测要求，为以后开展基础环及其他风电设备的金属监督检验提供了参考与借鉴意义。金属监督检验发现的设备异常或超标缺陷在巨大疲劳载荷的特殊条件下严重危及风机的安全稳定运行，如不定期进行检验且采取有效措施，部件开裂失效等造成的风险将极大提高，应引起风电场足够重视。

4　结论

本文介绍了风电塔筒基础环的金属监督检验模式并进行了实际应用。结果表明，以目视检测、磁粉检测、超声检测、金相检验与硬度测试为主的检验模式比较完善，能够较为全面的对基础环的缺陷状况进行评估，效率较高，具有推广价值，对开展其他风机设备的金属监督检验工作具有积极的参考和借鉴作用。高水平高质量的金属监督技术服务能够提前发现缺陷隐患，辅助风电场采取相应技术措施防止事故发生，保障风机的安全运行。

[1] 崔克楠，韩振华，聂伟伟.风电塔筒探伤经验介绍及相关建议[J].无损检测，2012，34(8)：70-75.

[2] DL/T 438-2009，火力发电厂金属技术监督规程[S].

[3] NB/T 47013.7-2012，承压设备无损检测 第7部分：目视检测[S].

[责任编辑：薛宝]

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

王中亚(1986-)，男，安徽合肥人，中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，工程师，硕士，从事电力行业无损检测工艺及仿真技术的研究。E-mail：wzylyqwny@163.com

TK83

A

1672-9706(2016)03- 0083- 03