TOFD检测技术在风电塔筒焊缝检测中的应用

徐龙国/中国水利水电第四工程局有限公司

TOFD检测技术在风电塔筒焊缝检测中的应用

徐龙国/中国水利水电第四工程局有限公司

随着现代科技的不断发展，人们对能源保护的意识也在不断的增强，尤其是不可再生能源。当电能被人们生活所必需的时候，用于发电的资源就在不断的减少，这些不可再生资源的不断减少使得人们想到了利用风力来进行发电。在风力发电中，风力发电塔筒是其中一个重要的部分，风力发电塔筒焊接的质量直接影响着风力发电的效果。因此，文章通过对风力发电塔筒的检测技术TOFD进行检测，了解该技术的运用特点，使得电能供应工作能够顺利的进行。

TOFD；风电塔筒；焊缝检测；应用

前言

风力发电在实践中的运用，不仅具有节能环保的作用，同时还能够取之不尽用之不竭。为了风力发电能够持续稳定的进行，保证居民用电的稳定性，需要做好风力发电设备的安全检查工作。在风力发电设备中，风力发电塔筒是一个重要的组成部分，能够影响风力发电塔筒质量的就是风力发电塔筒的焊接部位，焊接质量不好将直接影响着使用情况。因此，通过TOFD技术对风力发电塔筒焊接处进行质量检测，确保电能运输的正常进行。

一、风力发电塔概述

一般情况下，风力发电塔的类型多为圆形的钢制结构的锥筒，在运行过程中，风力发电塔会在运行过程中承受着较大的机组和风载荷。为了尽可能的减少因为塔筒在焊接过程中出现了质量问题造成了整个发电机组出现事故。按照相关规定，总结出风力发电塔筒在焊接过程中主要按照以下标准进行设计，具体为：纵向焊缝塔筒，横向焊缝塔筒，在塔筒的法兰和塔体的过渡处的位置进行环向焊缝，在门框和焊接筒体之间的过渡位置则一般采用联系焊接的方式。在进行门框的焊接时，接缝要探戈按照相关的标准进行超声波的检测工作，只有在焊缝的质量在Ⅰ级时，定位合格；而在筒节和筒节与门框焊缝接头的位置要采用X射线进行检测，当焊缝的质量在Ⅱ级时确认为合格状态。同时为了保证外观的美观，减少表面裂缝情况的出现，在对法兰和筒体之间进行环向焊缝时要进行磁粉的检验工作，当附件连接板焊接焊缝的总数量的百分之二十进行相关的渗透检测，焊缝的质量能够保证在Ⅰ级的情况下定为合格。

现在选用某公司正在加工制作的风电场的2.0兆瓦的风电机组的风力发电塔筒，他的总高度达八十二米，塔筒主要是由四节塔体构成的，其中中上、下段和中下段直径都在四米左右，上段的直径是在三点七米。这个风力发电机组在每个基塔筒焊缝的总长度长达五佰三十三米，所以需要进行超声波的检测工作，而其中的六十二个焊接接头是需要进行X射线的检测工作的，过程中因为超声波和射线的相关检测技术存在有一定的局限性，所以检测过程中可能会出现一些遗漏的没有检测到的部分，这个时候风力发电塔筒的焊缝的质量就得不到有效的保障，为了提高整个工程的质量就要选择更为妥帖的办法进行控制。

二、发电塔筒焊缝检测中TOFD技术的可行性分析

TOFD技术最早是在二零零一年引入我国的，和X射线机和数字A型的脉冲反射超声波探伤仪相比优势较为明显，不仅操作简单，扫查的结果快且精准度极高，成本相对较低而且对工作人员是不会造成伤害的，检测过程中节省出了大批的时间。在实践过程中，人们已经开始深刻认识到TOFD技术的积极意义，开始投入了大量的资金进行研究，目前在有着大量焊缝检测工作的风力发电筒塔的领域里有了较广的应用。

（一）TOFD技术的定义分析

所谓的超声TOFD检测技术主要是借助超声衍射时间插法而进行的无损检验方法，有效借助频率、角度和尺寸相同的一堆纵波探头进行有效探伤，体现了快速以及高效的特点，能够最大限度的保障风力发电塔筒的焊缝的质量。

（二）试验的具体方法

检测过程中主要采用对比试验的方法，主要的工具包括TOFD检测仪、X射线机和数字A型的脉冲反射超声波探伤仪，来更精确的对钢板卷制的环焊接和纵焊接进行无损的检测。三种不同的方法都有效检测出了缺陷的数量，并且检测出来的缺陷有着一定的差异，具体如下表所示：

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（三）采用TOFD技术检测出来的结果分析

从上图可知，采用了TOFD的技术检测出来的结果，和X射线机和数字A型的脉冲反射超声波探伤仪相比优势较为明显，不仅可靠性高，而且能够检测出来的缺陷较多，漏检和缺检的概率大大降低。

TOFD的系统通过配置半自动的扫查装置来确认缺陷和探头所处的位置，信号经过一定的处理设置可以有效转换为TOFD的图像，一般情况先图像显示出来的信息量要远远大于超声波扫面出来的信息量，而且在超声波显示出来的信息，一般屏幕上只能显示一条超声波的信号，但是TOFD的图像能够同一时间显示出一条焊缝检测的大量的信号数据。而且在显示出来的波形这块，采用TOFD的图像能够更方便快捷的识别出缺陷并进行分析总结工作的开展。

采用TOFD的超声波检验工作，过程中对工作环境是没有特殊的要求的，而且也不会对相关的检测工作人员造成身体上的伤害的，所以在正常的工作环境下，是不需要增加额外的保护措施的；但是采用射线进行检测的过程中，一定要按照国家的相关标准对于放射产生的危险进行严格的控制，现场也只能开展单工种的工作，尽可能的保证工作人员的安全。

三、超声波的检测工作

在组合焊接的过程中，因为焊接成型的问题，超声波在检测塔筒的过程中会不时遇到伪缺陷波，极易造成工作人员正常的工作出现偏差，比如说在进行固定边缘的波形焊缝过程中，因为焊缝的余高过高，在焊缝和母材之间的过渡位置会有台阶状，引发了反射波，塔筒的每节部位都是通过焊接而成的，焊接过程中，并不是每段的厚度都是一样的，这就造成了如果拼接过程中遇到差别比较大的板的过程中，会出现严重的错边，造成波形的反射。另外如果焊缝的变形波发生了上面的情况的话，要在外侧对塔筒进行观察或者持续的拍打外表面，观察最高波有没有继续调动，如果外观有一定的波形跳动，这时要和深度位置进行结合考虑，确认其是否是缺陷波。

四、TOFD检测技术在实践中的运用和分析

基于风力发电的优势，风力发电的运用在实践中更受人们的关注。风力发电的运用缓解了我国的能源危机情况，同时也有助于我国生态环境的保护。风力发电能够稳定持续的进行是保证我国民众用电稳定的基本条件。TOFD检测技术的运用为风力发电稳定安全的进行提供了技术支持。了解TOFD检测技术在实践应用中的实际情况进行了解，更好的掌握该项技术的运用。

（一）TOFD检测技术实践运用中的效果分析

TOFD检测技术在实践中的运用主要是在检测风力发电设备上，检测风力发电塔筒的焊接质量情况。除了这项技术能够对风力发电设备进行检测之外，还有UT检测技术具有同样的检测功能。但是这两种检测技术，在针对同一个问题时，哪项更具有高效检测性能是值得我们思考的问题。

在面对风力发电塔筒时，利用两种技术对焊接处进行检测。通过相关数据表明，其中TOFD技术检测到的问题比较多，但是UT技术检测的为题不够全面。因此，在实践运用中利用TOFD检测技术对风力发电塔筒焊接处进行检测是可取的。

除了UT检测技术之外，还有一项可以用于风力发电塔筒质量检测的技术就是RT检测技术。为了明确两项技术检测效果，做了同样一组实现比较。同样是TOFD能够检测的问题点比较多，RT检测技术能够检测到的问题点不够全面。

（二）分析TOFD检测技术耗费的时长

通过上述我们知道，在进行风力发电塔筒的质量检测时，具有三种技术能够使用，在考虑检测效果的同时，还需要考虑一个问题就是检测耗费的时常问题。TOFD在检测运用中耗费的时间比较短。因此，在实践运用中TOFD技术更加具有优势。

（三）TOFD检测技术的操作分析

在利用TOFD检测技术进行风力发电塔筒的焊接位置检测时，需要注意设备的运用原理的了解。TOFD检测技术能够发挥检测技能的主要部分就是探头，当探头在契块的作用下和风力发电塔筒想接触之后，通过反射超声波的和射线的作用对被监测物体进行检测。该项技术检测能够有效的减少探头部位的损害，减少了成本的支出。

TOFD检测技术对风力发电塔筒进行检测之后，所得到的数据可以通过数字的方式进行长期的保存。这样既有助于检测数据的保存，同时也能够保证其安全性。

（四）TOFD检测技术应用展望

TOFD检测技术虽然在风力发电塔筒的检测上具有一定的效果，但是就技术的运用来说，还具有一定的问题。首先是利用这项技术对塔筒进行横向问题进行检测时，检测的效率比较低。检测中还容易出现漏缺部位。因此需要不断的研究改进。在利用TOFD检测技术对风电塔筒进行质量检测时，需要和其他检测技术的联合使用。例如A型脉冲反射超声波技术，射线技术、磁粉检测技术等。这种联合使用有助于检测技术之间的互补，使得检测效果更好。

（五）TOFD检测技术和射线检测的相结合

TOFD检测技术在对风力发电塔筒进行质量检测时，存在这一些不足支出，有一些盲区没有办法实现有效的检测，配合射线的使用能够有效的避免盲区的出现。射线检测最好是在塔筒的通体内部进行检测。这样在一些横向距离的裂纹或者是其他的问题都能够有效的检测出来。射线检测在塔筒的内部进行能够有效的提高射线检测的效率，能够提高检测结果的准确值。

在利用射线的联合使用时，需要对射线的放射位置进行标注，标注一定需要严格按照标准来进行，不能够随意标注。这是为了能够通过标注的距离来计算相应的数据结果。减少误差的出现。

五、结束语

总而言之，风力发电的使用为社会可持续发展提供了保证。促进风力发电的稳定进行是保证居民生活质量的重要条件。随着科技的发展，TOFD技术检测技术的不断提高，使得风力发电焊接部位检测效果不断提升。相关部门应该对此引起足够的重视，通过TOFD技术在实践中的不断应用，总结技术经验，促进该项技术的广泛运用。

[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,2013.27（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,2013.32（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,2013.