技术干货 | 风电螺栓质量缺陷怎么办？选择快速有效的螺栓在役质量检测方法很重要

风电螺栓

实时3D全聚焦（TFM）超声相控阵成像检测

一、行业背景：

风电发电机组中最主要的固定连接方式就是螺栓连接，成千上万螺栓的质量将直接影响风力发电机组运行的安全性及可靠性。由于风电螺栓规格种类多，数量庞大。因此，选择一种快速有效的螺栓在役质量检测方法是保障风力发电机组安全运行的重要手段。

二、风电螺栓的分类：

风电发电机组构件大部分都是通过高强紧固螺栓连接紧固，主要构件部位在叶轮、偏航、塔筒等部位；风电螺栓按所在风机部位可分为塔筒螺栓、偏航螺栓、主轴连接螺栓、叶片螺栓（内外圈）等；按螺栓形状可分为内六角螺栓、外六角螺栓、双头螺柱等。

三、风电螺栓实时3D全聚焦（TFM）超声相控阵检测方法：

CTS-PA322T系统配套风电螺栓专用探头，检测风电螺栓时只需将探头置于螺栓端部（两端均可）无需移动探头，系统便可实时采集被检测螺栓内部所有信息，并实时显示检测螺栓的三维立体检测图像，结果准确直观，是否有裂纹、缺陷等一目了然。提供缺陷分析和存储功能，能够对被检测螺栓内部缺陷进行准确定位、定量分析。

为验证相控阵全聚焦实时3D超声成像系统CTS-PA322T检验探伤结果可行性，我们针对不同类型、不同规格螺栓，与传统超声检测方法（常规超声、常规超声相控阵）进行了系列对比实验，实验结果如下：

螺栓规格：M45×275mm；

缺陷说明：在螺栓螺纹处加工了两处径向2mm深的人工刻槽；

检测结果：如图3、4所示。

叶片-变桨轴承外圈螺栓：

螺栓规格：M28×220mm；

缺陷说明：在螺栓螺纹处加工了两处径向2mm深的人工刻槽；

检测结果：如图5、6所示。

叶片-变桨轴承内圈螺栓：

螺栓规格：M28×240mm；

缺陷说明：在螺栓底部螺纹处存在两处自然裂纹；

检测结果：如图7、8所示。

螺栓规格：M28×420mm；

缺陷说明：在螺栓螺纹及光杆部位均加工了径向2mm深的人工刻槽；

检测结果：如图9、10所示。

M28×240叶片-变桨轴承内圈螺栓自然缺陷检测：

在某风电场现场进行的1.5MW风机风电螺栓全检过程中，在叶片-变桨轴承内圈螺栓中发现了五根带较大裂纹缺陷的螺栓，并进行了螺栓的现场拆卸更换，在卸下的螺栓中，发现了一根在卸过程中断裂螺栓，一根出现明显裂纹以及三根肉眼无法识别裂纹缺陷。

四、风电螺栓的传统检测方法：

除上文所提的相控阵全聚焦（TFM）实时3D超声成像检测方法外，针对螺栓的无损检测方法还包含磁粉、渗透及涡流检测等，但对风电螺栓检测的在役性检测要求便只有超声检测可胜任。而超声检测也可细分为上文中所提到的常规超声检测和常规相控阵超声检测。

常规超声检测主要采用小角度纵波探头对螺栓进行检测，并通过波形（如图13所示）判断检测结果，此方法对检测人员具有一定的检测经验要求，且只适用于部分规格较小的外六角螺栓的检测。对于内六角螺栓、内六角双头螺柱及较长的螺栓则无法采用此方法，检测效率也相对较低，是风电螺栓在役超声检测中最不推荐使用的一种检测方法。

常规相控阵超声检测的图像判断不同于常规超声检测的波形判断，检测结果以二维图显示，直观性有进一步地提高，可检范围更广，可基本覆盖小兆瓦风机螺栓的检测需求。

常规相控阵目前所采用的扫查方式主要有两种：一种是采用线阵探头进行扇扫或线扫成像检测（如图14），但此方法一次只能检测螺栓的一个切面，要想完整的检测整根螺栓至少需将探头进行180度的旋转扫查来实现螺栓的全覆盖，从而降低了检测效率。

另一种方法则是采用菊花阵列探头来检测（检测结果如图3），采用该方法无需旋转探头，可提高检测效率。但采用菊花阵探头检测的结果无法直观地体现裂纹裂深度情况，也无法检测螺栓内部缺陷，对探头与螺栓规格的尺寸匹配要求相对较高，但是相较于常规超声检测，常规相控阵的检测结果较为直观，可检范围更广，基本可实现风电螺栓的检测。

五、3D全聚焦超声超声相控阵成像检测优势：

通过对不同规格、类型螺栓采用的不同超声检测方法对比及现场应用案例，可总结出，采用实时3D全聚焦超声相控阵成像检测技术是目前风电螺栓检测中整体优势最为突出及有效的一种检测方法，具体优势可总结如下：

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