在役风电高强螺栓的超声检测解决方案

发布时间：2020-12-11

1.行业背景

高强螺栓作为风力发电机组中关键部件，其连接质量是否可靠将直接影响风机运行的安全性。近几年因螺栓断裂导致的叶片掉落、倒塔等事情时有发生。采用相控阵超声检测为主，辅以螺栓轴力检测和轴力在线监测系统的方案，能够对风电螺栓的质量做评估，及时发现和更换缺陷螺栓避免造成严重后果。

2.检测解决方案

2.1螺栓相控阵超声检测

2.1.1 螺栓检测的问题与难点

对于螺栓检测，传统无损检测方法通常使用磁粉检测或常规超声检测，但对在役螺栓检测均存在一定局限性。和传统检测方法相比，超声相控阵方法检测螺栓优势明显：

传统检测方法

超声相控阵检测

在役螺栓大部分均埋藏在工件中，仅漏出端头一部分，在不拆卸的情况下，磁粉检测无法进行；

相控阵探头只接触端头，便可以检测到整根螺栓。

较长的叶片螺栓或地基螺栓，常规超声检测衰减较大，无法保证能够发现缺陷，接触面积又很小，极易发生漏检情况；

相控阵的tcg曲线可以保证远端的灵敏度，即使检测较长螺栓，依然可以保证远端缺陷不漏检；

2.1.2 检测设备

1) 主机：OLYMPUS相控阵检测仪omniscan SX/MX2

2) 探头：OLYMPUS相控阵探头2L16A24/4L16A24

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使用相控阵设备SX/MX2搭配A24相控阵探头进行检测，检测范围覆盖整个螺栓的螺杆及螺纹处，能够检测出螺栓的裂纹及其他缺陷。

2.1.3 螺栓相控阵检测配置及效果：

金鹰主论坛对有图所示螺栓工件进行检测，使用扇扫描的检测结果如下，能够检测螺栓螺纹中的缺陷。

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2.1.4 螺栓相控阵检测方法

此次检测用相控阵纵波检测方法，将探头放置螺栓端面发射扇形波束从而对整个螺栓进行检测。相控阵扇扫能够区分螺纹信号与螺纹间的裂纹信号，在S扫描图像上能够清晰的显示，并记录缺陷的位置和深度。及时发现危害性缺陷，如螺纹间裂纹。

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自制螺栓对比试块，试块螺栓面上在深度100mm，160mm，和240mm处刻了深1mm槽，检测缺陷清晰，如图所示。

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2.1.5 现场检测情况

在役螺栓的断裂情况，无需拆卸螺栓即可实现检测。在某风场对塔筒螺栓，叶片螺栓，主轴螺栓等进行相控阵超声检测。

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塔筒螺栓检测叶片螺栓检测主轴螺栓检测

2.2 螺栓轴力检测及轴力在线监测

在役使用中螺栓疲劳断裂过程与螺栓安装时的预紧力（轴力）不均匀关系密切。利用超声螺栓轴力检测仪，加强螺栓轴力日常巡检非常必要，能够早期发现轴力异常，螺栓松动等。

螺栓轴力在线监测系统能实时获取螺栓轴力状态，长期跟进和记录螺栓轴力变化，螺栓松动后及时预警。监测系统采集传输和保存螺栓历史数据，从螺栓的轴力、变形、裂纹等方面提供螺栓的安全监测，极大提高风机运行可靠性和安全性。

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螺栓轴力现场检测螺栓轴力在线监测

3. 总结

针对在役风电高强螺栓的质量监测方法，建议以相控阵超声现场检测为主，及早发现螺栓变形，裂纹，断裂等缺陷；对螺栓松动及短、长期螺栓预紧状态采用螺栓轴力检测巡检和建立在线监测系统相结合，能很好的解决在役高强螺栓的质量监控和评估，防患于未然。