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摘 要：风力发电作为环保清洁的分散型电源，被喻为绿色电力，已经成为增长速度最快的新型清洁电力能源，开发和利用风力发电是风能利用的主要形式。风力发电设备的质检工作十分重要，本文介绍了风电塔筒无损检测方法，及其在检测中发现的质量问题，并简要分析了其产生的原因。
关键词：风力发电；风电塔筒；磁粉检测，超声波检测
Nondestructive testing Of Wind tower
keywords： Wind farm construction； Wind tower；；Magntic particle testing； Nondestructive testing
前言
在风力发电装置中，塔筒是最基础的大型部件。由于塔筒的体积过大，因此在制作时，必须将塔筒划分成多段。在完成塔筒制作后，要通过法兰焊接技术将塔筒各部分连接起来，然后才能进行组装成发电机组。
塔筒探伤的主要方法
1磁粉检测
风电塔筒材质多为低合金钢，在焊接生产过程中表面缺陷主要由磁粉检测完成，其表面缺陷主要有收弧裂纹，热裂纹，未预热补焊引起的延迟裂纹等。
⑴收弧裂纹
收弧裂纹经常出现在塔筒焊缝起弧收弧处，对风电运行有严重的安全隐患。
产生原因及预预防：①收弧裂纹是由于断弧时熔池中心在没有热源的条件下凝固，在冷却时产生了较大冷却速度导致的，因此在收弧处焊接时不要采用过高的焊接速度，宜采用反复收弧法，以降低冷却速度。②由于收弧处焊缝金属凝固过程处于拉应力状态，而拉应力又是产生此类裂纹的外因，因此可以采用预应力办法，即在收弧处施加预压应力，或者选择合理的焊接顺序和焊接方向，即在双面焊时筒体内焊缝和外焊缝施焊方向颠倒，以减少收弧处的拉应力，防止裂纹的产生。
⑵热裂纹
此裂纹有的肉眼可见，多为放射状，这种裂纹是在焊缝凝固过程中产生的，并且在凝固后的冷却过程中，还有可能继续发展。它的发生和发展都处在高温下，即焊接过程中，属于热裂纹的一种。
原因及预防：当焊缝金属处于熔融状态时，就焊接熔池而言，由于热膨胀焊缝金属及其相邻高温下的母材受到周围处于“冷”态金属给予的压应力作用，随着结晶冷却，收缩焊缝金属逐渐从受压应力转为受拉应力状态，如果此时构件抗形变能力较低，在焊缝的中心部位容易产生裂纹。而对于多数薄壁工件，抗行变的能力相对较低（塔筒一般都采用中薄板），因而易产生裂纹。应严格按照相关标准要求，对达到一定厚度钢板在焊接前进行预热处理，以降低焊接应力。
⑶延迟裂纹
此裂纹具有一定的延迟性，有时先后多次检测均能在同一部位发现裂纹显示。主要出现在焊缝的热影响区，偶尔出现在焊缝上。由于延迟裂纹不能在焊接后背被立即发现，需要延迟一段时间，甚至在使用过程中才能发现，所以其危害更为严重，检测一般在焊接24小时或更长时间后进行。
原因及预防：不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力是导致延迟裂纹的原因。在焊接时，焊接区由于受热而发生膨胀，因而承受压应力，冷却时由于收缩又承受拉应力，一直到焊后将会产生不同程度的残余应力，此裂纹经常出现于冬季经过补焊的塔筒，建议补焊之前应先预热，焊后进行适当保温。
对以上缺陷进行磁粉检测过程中，建议使用水基磁悬液，因塔筒焊缝的检测表面相对较粗，使用水基比油基磁悬液流动性好，实际检测灵敏度也相对较高。
2超声波检测
2.1塔筒的结构
风电塔筒为多个单筒节连接而成，单个筒节的对口焊缝多为手工焊，而筒节与筒节之间的环焊缝多为自动焊或法兰连接，筒节板厚厚度范围为8mm到22mm之间。
2.2检测工艺及参数
2.2.1检测面的选择
一般情况下选择单面双侧检测，即在塔筒的内侧或外侧焊缝的两侧进行检测，特殊情況下在单侧检测发现不明确波形时，可选择双侧辅助检测，以便排除不明确波形给干扰。
2.2.2探头的选择
根据塔筒板厚的范围，选择2.5P13×13K2或5P8×8K3的斜探头进行检测。
2.2.3试块的选择
超声波检测用试块分为标准试块和对比试块，标准试块主要用于测试仪器和探头的性能，这里选用ⅡW试块调节仪器和探头的综合性能，测试探头的前沿，K值等。对比试块用于制作DAC曲线，以确定探伤灵敏度和对缺陷定量，这里选用了RB试块（Φ3x40的横通孔）。
2.3典型缺陷特征
2.3.1伪缺陷波
组合焊接时由于焊接成型问题，超声波检测塔筒过程中常会遇到伪缺陷波，给检测人员带来误导，如①焊缝边缘的固定波形，这是因为焊缝余高过高，并且焊缝与母材的过渡部分呈台阶状，所引起的反射波。如图一
②错边波，整个塔筒由每节组合焊接而成，组焊过程中每段厚度不同，两块拼接厚度差别较大的板会产生错边，形成波形反射。如图二
此外还有焊缝的变形波（山形波）等，当遇到上速现象时可以在塔筒外侧进行观察或者在外表面进行拍打，观察最高波是否跳动，若波形跳动，一般结合深度位置可认定为工件的结构波，进而确定是否为伪缺陷波。
2.3.2气孔
由于塔筒焊接大部分为埋弧焊，所以内部缺陷多为药剂烘干不彻底引起的气孔和清理不彻底引起的夹渣等。
气孔是在焊接过程中焊接熔池高温时吸收了过量的气体，或冶金反应产生的气体在冷却凝固之前来不及逸出而残留在焊缝金属内所形成的空穴，其出现的位置不固定，反射波幅大部分在Ⅱ区，个别的超过判废线。半波高度法测长指示长度10mm左右。
气孔的波形特征：单个气孔其回波在荧光屏上的波形尖锐，陡峭，清晰，波根较窄，密集气孔回波在荧光屏上同时出现数个波，往往有一个较高的波，旁边簇拥着若干个小波，波形清晰，棋动态波形为不管探头作怎样的移动，波形总是会此起彼伏。
2.3.3夹渣
夹渣缺陷的产生主要是焊接电流过小，运条速度过快，底层焊道焊完后表面熔渣清除不彻底，尤其是焊缝与坡口表面交界处清除不干净，致使熔渣或夹杂物来不及浮起造成。
夹渣的波形特征：对于条状夹渣探头前后移动时荧光屏上的波形与点状夹渣类似，只是左右移动时缺陷有一定的长度，其动态波形为探头平行于缺陷长度方向移动时，在缺陷长度范围内有缺陷波，探头作摆动时，波形消失很快。
小结：虽然风力发电技术已日趋成熟，在可再生的绿色能源的开发领域占有突出地位，具有重要的开发利用价值，但单台风力发电设备价格昂贵，一旦出现质量事故财力会遭受很大损失，这就要求有关检测技术人员能及时总结相关设备的检测经验，摸索出一套比较完善的检测方法，提高风力发电的安全指数和经济效益，为风电设备的运行维护，设计提供认识论的支持。
参考文献：
[1]《超声波探伤》劳动部锅炉压力容器安全杂志社1995年
[2]北京市技术交流站《超声波探伤原理及其应用》北京机械工业出版社，1984
[3]宋志哲《磁粉检测》北京，中国劳动社会保障出版社，2008
关键词：风力发电；风电塔筒；磁粉检测，超声波检测
Nondestructive testing Of Wind tower
keywords： Wind farm construction； Wind tower；；Magntic particle testing； Nondestructive testing
前言
在风力发电装置中，塔筒是最基础的大型部件。由于塔筒的体积过大，因此在制作时，必须将塔筒划分成多段。在完成塔筒制作后，要通过法兰焊接技术将塔筒各部分连接起来，然后才能进行组装成发电机组。
塔筒探伤的主要方法
1磁粉检测
风电塔筒材质多为低合金钢，在焊接生产过程中表面缺陷主要由磁粉检测完成，其表面缺陷主要有收弧裂纹，热裂纹，未预热补焊引起的延迟裂纹等。
⑴收弧裂纹
收弧裂纹经常出现在塔筒焊缝起弧收弧处，对风电运行有严重的安全隐患。
产生原因及预预防：①收弧裂纹是由于断弧时熔池中心在没有热源的条件下凝固，在冷却时产生了较大冷却速度导致的，因此在收弧处焊接时不要采用过高的焊接速度，宜采用反复收弧法，以降低冷却速度。②由于收弧处焊缝金属凝固过程处于拉应力状态，而拉应力又是产生此类裂纹的外因，因此可以采用预应力办法，即在收弧处施加预压应力，或者选择合理的焊接顺序和焊接方向，即在双面焊时筒体内焊缝和外焊缝施焊方向颠倒，以减少收弧处的拉应力，防止裂纹的产生。
⑵热裂纹
此裂纹有的肉眼可见，多为放射状，这种裂纹是在焊缝凝固过程中产生的，并且在凝固后的冷却过程中，还有可能继续发展。它的发生和发展都处在高温下，即焊接过程中，属于热裂纹的一种。
原因及预防：当焊缝金属处于熔融状态时，就焊接熔池而言，由于热膨胀焊缝金属及其相邻高温下的母材受到周围处于“冷”态金属给予的压应力作用，随着结晶冷却，收缩焊缝金属逐渐从受压应力转为受拉应力状态，如果此时构件抗形变能力较低，在焊缝的中心部位容易产生裂纹。而对于多数薄壁工件，抗行变的能力相对较低（塔筒一般都采用中薄板），因而易产生裂纹。应严格按照相关标准要求，对达到一定厚度钢板在焊接前进行预热处理，以降低焊接应力。
⑶延迟裂纹
此裂纹具有一定的延迟性，有时先后多次检测均能在同一部位发现裂纹显示。主要出现在焊缝的热影响区，偶尔出现在焊缝上。由于延迟裂纹不能在焊接后背被立即发现，需要延迟一段时间，甚至在使用过程中才能发现，所以其危害更为严重，检测一般在焊接24小时或更长时间后进行。
原因及预防：不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力是导致延迟裂纹的原因。在焊接时，焊接区由于受热而发生膨胀，因而承受压应力，冷却时由于收缩又承受拉应力，一直到焊后将会产生不同程度的残余应力，此裂纹经常出现于冬季经过补焊的塔筒，建议补焊之前应先预热，焊后进行适当保温。
对以上缺陷进行磁粉检测过程中，建议使用水基磁悬液，因塔筒焊缝的检测表面相对较粗，使用水基比油基磁悬液流动性好，实际检测灵敏度也相对较高。
2超声波检测
2.1塔筒的结构
风电塔筒为多个单筒节连接而成，单个筒节的对口焊缝多为手工焊，而筒节与筒节之间的环焊缝多为自动焊或法兰连接，筒节板厚厚度范围为8mm到22mm之间。
2.2检测工艺及参数
2.2.1检测面的选择
一般情况下选择单面双侧检测，即在塔筒的内侧或外侧焊缝的两侧进行检测，特殊情況下在单侧检测发现不明确波形时，可选择双侧辅助检测，以便排除不明确波形给干扰。
2.2.2探头的选择
根据塔筒板厚的范围，选择2.5P13×13K2或5P8×8K3的斜探头进行检测。
2.2.3试块的选择
超声波检测用试块分为标准试块和对比试块，标准试块主要用于测试仪器和探头的性能，这里选用ⅡW试块调节仪器和探头的综合性能，测试探头的前沿，K值等。对比试块用于制作DAC曲线，以确定探伤灵敏度和对缺陷定量，这里选用了RB试块（Φ3x40的横通孔）。
2.3典型缺陷特征
2.3.1伪缺陷波
组合焊接时由于焊接成型问题，超声波检测塔筒过程中常会遇到伪缺陷波，给检测人员带来误导，如①焊缝边缘的固定波形，这是因为焊缝余高过高，并且焊缝与母材的过渡部分呈台阶状，所引起的反射波。如图一
②错边波，整个塔筒由每节组合焊接而成，组焊过程中每段厚度不同，两块拼接厚度差别较大的板会产生错边，形成波形反射。如图二
此外还有焊缝的变形波（山形波）等，当遇到上速现象时可以在塔筒外侧进行观察或者在外表面进行拍打，观察最高波是否跳动，若波形跳动，一般结合深度位置可认定为工件的结构波，进而确定是否为伪缺陷波。
2.3.2气孔
由于塔筒焊接大部分为埋弧焊，所以内部缺陷多为药剂烘干不彻底引起的气孔和清理不彻底引起的夹渣等。
气孔是在焊接过程中焊接熔池高温时吸收了过量的气体，或冶金反应产生的气体在冷却凝固之前来不及逸出而残留在焊缝金属内所形成的空穴，其出现的位置不固定，反射波幅大部分在Ⅱ区，个别的超过判废线。半波高度法测长指示长度10mm左右。
气孔的波形特征：单个气孔其回波在荧光屏上的波形尖锐，陡峭，清晰，波根较窄，密集气孔回波在荧光屏上同时出现数个波，往往有一个较高的波，旁边簇拥着若干个小波，波形清晰，棋动态波形为不管探头作怎样的移动，波形总是会此起彼伏。
2.3.3夹渣
夹渣缺陷的产生主要是焊接电流过小，运条速度过快，底层焊道焊完后表面熔渣清除不彻底，尤其是焊缝与坡口表面交界处清除不干净，致使熔渣或夹杂物来不及浮起造成。
夹渣的波形特征：对于条状夹渣探头前后移动时荧光屏上的波形与点状夹渣类似，只是左右移动时缺陷有一定的长度，其动态波形为探头平行于缺陷长度方向移动时，在缺陷长度范围内有缺陷波，探头作摆动时，波形消失很快。
小结：虽然风力发电技术已日趋成熟，在可再生的绿色能源的开发领域占有突出地位，具有重要的开发利用价值，但单台风力发电设备价格昂贵，一旦出现质量事故财力会遭受很大损失，这就要求有关检测技术人员能及时总结相关设备的检测经验，摸索出一套比较完善的检测方法，提高风力发电的安全指数和经济效益，为风电设备的运行维护，设计提供认识论的支持。
参考文献：
[1]《超声波探伤》劳动部锅炉压力容器安全杂志社1995年
[2]北京市技术交流站《超声波探伤原理及其应用》北京机械工业出版社，1984
[3]宋志哲《磁粉检测》北京，中国劳动社会保障出版社，2008