张建国，赵 磊，张瑞刚，李 沿

（西安热工研究院有限公司，西安 710032）

中国风电装机总容量已跃居世界第一位［1］。由于风力发电场地和工作条件十分恶劣，风力机塔筒除了承受叶片及风力直接作用的弯矩、推力及扭力外，还要承受风机引起的振动载荷（启、停机周期性影响，突风变化、塔影效应等）。

兆瓦级风力机塔架一般由三、四节塔筒组成，各节塔筒间采用高强度螺栓连接，高强度螺栓连接区就是整台机组的质量薄弱区。在机组运行中，如果塔筒筒节连接处质量不佳，容易造成风力机倒塔事故，严重影响机组的安全性和经济性。由于高强度螺栓质量直接影响风力机质量，因此开展高强度螺栓的检测非常必要。

笔者论述了对某风场在役三年单台1 500kW机组塔筒的高强度螺栓进行超声检测和渗透检测的检测过程，分析总结出一套较好的检测方案，供同行参考。

1 超声检测试验

某风场风力机已连续运行3年，风场常年风向对应机组90°与270°方位。抽查某台机组塔筒4种规格法兰连接高强度螺栓各15根（分别在90°方位附近抽检7根，在270°方位附近抽检8根，如图1所示），总计60根。高强度螺栓各项技术参数为：材料为42CrMo；刚性结构、锁紧状态；不拆卸检测；规格分别为M 36mm×245mm，M 36mm×205mm，M 36mm×175mm，M 36mm×305mm。

图1 抽检螺栓位置及编号示意

1.1 检测方法

按DL／T 694－2012《高温紧固螺栓超声波检测技术导则》标准进行超声波检测、验收。检测方法主要有小角度斜探头纵波法、直探头纵波法和横波法三种，试验选用直探头及小角度斜探头纵波检测法。

1.2 检测部位

将探头置于高强度螺栓螺杆端面进行检测，如图2所示。

图2 高强度螺栓超声波检测位置示意

1.3 检测仪及探头

采用A 型脉冲反射式超声波探伤仪。在达到所检工件最大声程时，仪器和探头的组合灵敏度余量应不小于10dB；采用直探头及小角度斜探头纵波法分别从高强度螺栓端部进行检测。

小角度纵波斜探头选用晶片频率为5 MHz，尺寸为7mm×12mm，折射角为8.5°。直探头选用晶片频率为5 MHz，尺寸根据高强度螺栓规格分别选取6，10，14mm 探头。

1.4 试块

试块的形状和尺寸见DL／T 694－2012 附录A。试块的制造应符合标准GB／T 11259－2008《超声波检验用钢对比试块的制作与校验方法》和JB／T 8428－2006《无损检测 超声检测用试块》要求。

1.5 检测灵敏度

采用结构尺寸与被探高强度螺栓相同的无缺陷高强度螺栓，在底部第一、二道螺纹根部制作深1mm人工裂纹（缺陷宽度约0.5 mm ）。调节灵敏度时，人工裂纹最大波高为满刻度的60%。按高强度螺栓端面的底波波高调灵敏度，试验得出1 mm人工裂纹的反射波高与端面底波波高的幅值差，检测时用端面底波作为参考信号调节灵敏度。

使用螺纹反射波调节灵敏度，探头置于高强度螺栓端面上，调节仪器使荧光屏上相应于高强度螺栓被探测端位置的丝扣反射波幅的60%基准高度作为探伤灵敏度。

1.6 评定

凡判定为有裂纹的高强度螺栓可直接判废；采用人工裂纹调节灵敏度时，凡信号反射波幅高达满幅80%时，应判定为可记录信号；凡信号反射波幅大于或等于丝扣波幅6dB，且指示长度大于10mm时，应判定为可记录信号；对扫查发现但未达到判定标准的其他反射信号均应进行记录，以便于复查及后续的质量跟踪。

1.7 试验结果与分析

按上述检测程序，分别对60根高强度螺栓进行超声波检测，发现25＃高强度螺栓存在线性缺陷，其反射波型如图3所示。由此可知，超声缺陷深度为104.9mm，于是可以判定缺陷位置如图4所示。

图3 缺陷反射波型

图4 缺陷位置示意

2 渗透检测试验

将超声波检测出缺陷的25＃高强度螺栓拆下，按JB／T 4730.5－2005《承压设备无损检测 第5部分 渗透检测》标准进行渗透检测。

2.1 渗透剂的选用

选用DPT－5着色探伤剂。

2.2 检测方法

采用溶剂去除型ⅡC－d渗透检验方法。

2.3 检测工序

首先，将高强度螺栓缺陷部位清洗干净，使用B型灵敏度试块检查其灵敏度是否符合要求。检验工序：前处理→预清洗→施加渗透剂→清洗表面多余渗透剂→施加显像剂→干燥→观察→后处理。

2.4 试验结果与分析

按上述渗透检测程序，对25＃高强度螺栓缺陷部位进行渗透检测，发现第2道与第3道螺纹根部存在一处约16mm 线性缺陷显示，如图5所示。

图5 渗透检测线性缺陷显示

3 结论

风力机塔筒高强度螺栓在运行状态下，应力集中在螺纹根部。裂纹往往沿着高强度螺栓横断面而形成横向裂纹。

用纵波小角度斜探头置于高强度螺栓端面检测，主声束正好与裂纹垂直时，信号最为强烈，有利于检出裂纹。将超声波检测发现缺陷的高强度螺栓拆下，用渗透检测方法予以进一步验证，可提高裂纹检测的准确性。

先采用超声波全面检测，再采用渗透检测验证的方法，不仅避免了高强度螺栓的全部拆除，提高了工作效率；又保证了检测灵敏度和检出率。超声波检测与渗透检测组合的综合检测方法已被广泛应用到工程实践中［2］。

［1］李俊峰.中国风电发展报告［M］.北京：中国环境科学出版社，2012.

［2］张建国，高延忠，张瑞刚，等.火电厂汽轮机轴瓦的无损检测［J］.无损检测，2013，35（10）：33－34.