（1.GE檢測控制技術(shù)，上海 201203；2.北京羅斯威爾新技術(shù)有限公司，北京 100123）

中國從2005年開始大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電，風(fēng)電設(shè)備自主化程度也越來越高。鑄件在風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛，風(fēng)電機(jī)組用鑄件主要有輪轂、底座（機(jī)艙座）、軸、軸承座和齒輪箱箱體等。風(fēng)電鑄件材料主要采用球墨鑄鐵，球墨鑄鐵由于碳以球狀存在于鑄鐵基體中，改善了對基體的割裂作用，使得其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性大大提高，并具有耐磨、減震、工藝性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)［1]。對于風(fēng)電機(jī)組球墨鑄件的無損檢測手段，主要有超聲波檢測和磁粉檢測，其中超聲波方法主要檢測鑄件內(nèi)部缺陷，應(yīng)用較為廣泛。國外的風(fēng)電制造企業(yè)例如Gamesa等在無損檢測企業(yè)規(guī)范中對于球墨鑄鐵的檢測都有嚴(yán)格的規(guī)定，國內(nèi)的風(fēng)電企業(yè)很多參照EN 12680歐洲標(biāo)準(zhǔn)［2]檢測球墨鑄鐵。隨著風(fēng)電行業(yè)對質(zhì)量重視程度的提高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵的國家標(biāo)準(zhǔn)［3]也于2009年頒布實(shí)施。

筆者首先介紹球墨鑄鐵超聲波檢測的特點(diǎn)、然后介紹國外風(fēng)電企業(yè)球墨鑄鐵超聲波檢測的關(guān)鍵要求，最后介紹風(fēng)電機(jī)組中典型球墨鑄鐵結(jié)構(gòu)的超聲波檢測方法。

1 球墨鑄鐵超聲波檢測的特點(diǎn)

球墨鑄鐵中的缺陷主要有疏松、縮松、縮孔、夾渣及夾雜物、裂紋、砂眼和氣孔。球墨鑄鐵探傷的主要特點(diǎn)有：

（1）透聲性差 球墨鑄鐵的主要特點(diǎn)是組織不致密、不均勻和晶粒粗大，使超聲波散射衰減和吸收衰減明顯增加，透聲性差。

（2）聲耦合差 球墨鑄鐵表面粗糙，聲耦合差，探傷靈敏度低，且探頭磨損嚴(yán)重。

（3）干擾雜波多 球墨鑄鐵探傷干擾雜波多，一是由于粗晶和組織不均勻引起的散亂反射，形成草狀回波，使信噪比下降，特別是頻率較高時(shí)尤為嚴(yán)重；二是球墨鑄鐵形狀復(fù)雜，一些輪廓回波和遲到變型波引起的非缺陷信號多，此外鑄件的粗糙表面也會(huì)產(chǎn)生一些反射回波，干擾對缺陷波的正確判定。

球墨鑄鐵超聲波檢測一般采用縱波脈沖反射法，由于球墨鑄鐵的超聲衰減較大，宜采用穿透能力較強(qiáng)的設(shè)備，例如設(shè)備的激發(fā)電壓較高、同時(shí)支持方波激勵(lì)；檢測頻率不宜過高，一般為2～2.25 MHz。

球墨鑄鐵超聲波檢測時(shí)要注意因鑄件結(jié)構(gòu)形狀影響底波的現(xiàn)象；要注意因檢測面為曲面而需要的增益補(bǔ)償；對于位于鑄件表面以下3～4 mm之內(nèi)的表層缺陷，即使采用表面檢測手段，如磁粉或渦流檢測也可以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的單晶直探頭也可能位于其盲區(qū)之內(nèi)，故宜采用單晶斜探頭檢測或者采用雙晶直探頭或斜探頭方法檢測。

2 國外風(fēng)力發(fā)電企業(yè)對球墨鑄鐵的檢測要求

國外風(fēng)電企業(yè)關(guān)于球墨鑄鐵的檢測一般采用EN 12680－3標(biāo)準(zhǔn)，3級合格。但很多公司認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)較松，所以各企業(yè)根據(jù)EN標(biāo)準(zhǔn)編寫了適合本公司的更為嚴(yán)格的檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，如著名的風(fēng)電生產(chǎn)制造商Vestas，Gamesa等企業(yè)，都分別有自己的無損檢測規(guī)范，其中對探頭和儀器及檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)都有明確的規(guī)定。

2.1 超聲波探傷儀

目前風(fēng)電企業(yè)普遍采用美國GE公司的USM35X－S，A型顯示脈沖數(shù)字式超聲波探傷儀。

2.2 超聲波探頭

鑄件探傷一般采用縱波直探頭和縱波雙晶探頭，由于鑄件晶粒比較粗大，衰減嚴(yán)重，宜選用較低的頻率，一般為0.5～2.5 MHz，探頭直徑一般為10 mm～30 m。風(fēng)電企業(yè)一般采用GE公司生產(chǎn)的B1S和B2S帶軟保護(hù)膜的單晶縱波直探頭和SEB2，SEB2－0，MSEB2和 MSEB4探頭。

2.3 耦合劑

鑄件探傷時(shí)，常用粘度較大的耦合劑，一般采用化學(xué)漿糊或甘油等。

2.4 檢測靈敏度調(diào)整

靈敏度調(diào)整有計(jì)算法以及DGS圖法。

2.4.1 計(jì)算法

在鑄件上最厚的地方找一位置，檢測表面與底面平行，調(diào)整底波，使波高達(dá)到熒屏滿刻度的50%或80%，依檢驗(yàn)者的習(xí)慣，再調(diào)節(jié)增益，增加如下公式計(jì)算出來的數(shù)值：

式中x——工件橫截面厚度，mm；

λ——波長，mm；

Df——平底孔直徑，mm。

2.4.2 查探頭DGS圖法

GE公司生產(chǎn)的每一個(gè)探頭在出廠前都經(jīng)過了測試，附帶DGS曲線，例如探頭編號為57461的雙晶直探頭MSEB2（E）的測試報(bào)告如圖1所示。

圖1 編號為57461的MSEB2探頭出廠測試報(bào)告

實(shí)際檢測時(shí)，根據(jù)每個(gè)探頭的DGS曲線，查找需要增加的dB數(shù)。如果檢測鑄件的厚度是100 mm，在鑄件表面調(diào)節(jié)底波，使波高達(dá)到50%，要求工件中缺陷當(dāng)量大小不超過φ3 mm，通過查DGS曲線，可知ΔdB為27 dB。

2.4.3 利用儀器制作DGS曲線

USM35儀器可以根據(jù)不同的工件制作不同的DGS曲線，更貼近工件的狀態(tài)，檢驗(yàn)靈敏度更高。根據(jù)制作好的DGS曲線，只要發(fā)現(xiàn)了缺陷，就可以很直觀地知道缺陷的當(dāng)量尺寸大小。

2.5 檢測缺陷的記錄及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

依照圖2所示對需超聲波檢測的組件進(jìn)行區(qū)域劃分。歐洲風(fēng)電企業(yè)Gamesa的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EQ009003對區(qū)域1和區(qū)域2的驗(yàn)收等級是不同的。

2.5.1 缺陷記錄

根據(jù)EQ009003中的表2記錄缺陷。該記錄的缺陷為：

（1）反射波高度超過表1記錄標(biāo)準(zhǔn)的缺陷。

（2）超過表1中底面回波高度降低量標(biāo)準(zhǔn)的底面回波降低的缺陷，注意這種底面回波降低不能是由幾何形狀或耦合引起的。

2.5.2 缺陷大小評定

缺陷的大小由下述方法評定：

（1）超出標(biāo)準(zhǔn)的最大回波高度或底面回波最大降低值都應(yīng)該被測量和記錄。

（2）在相關(guān)的記錄標(biāo)準(zhǔn)下，缺陷的范圍應(yīng)該用6 dB法來決定。

2.5.3 缺陷大小修正

假如缺陷的大小比聲束的直徑小，則缺陷大小應(yīng)被降低，允許降低值見EQ009003中的表3。

2.5.4 缺陷評估

EQ009003中表2中有三種缺陷類型：

（1）非測量性延伸缺陷 非測量性延伸缺陷的反射波實(shí)際的超聲波波程長度比超聲波束的直徑小（圖3）。這類缺陷的大小不用報(bào)告，依照EQ009003中表2的參考標(biāo)準(zhǔn)（以平底孔為參考）和深度延伸進(jìn)行評估。

（2）測量性延伸缺陷 測量性延伸缺陷的反射波實(shí)際聲波波程長度比聲波束的直徑大。此類缺陷的大小應(yīng)該報(bào)告，并且應(yīng)該通過探測兩側(cè)表面超出了實(shí)際區(qū)域和壁厚規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)（以平底孔為參考）的點(diǎn)來決定這些缺陷的深度延伸。缺陷應(yīng)依照EQ009003中表2中的參考標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域及深度延伸。

（3）底面回波降低 超過的區(qū)域和壁厚規(guī)定的記錄水平的底面回波降低。此類缺陷根據(jù)EQ009003中表2進(jìn)行評估，評估是在缺陷的范圍在表面上的投影被確定后進(jìn)行，投影的邊界點(diǎn)是底面回波相對于記錄標(biāo)準(zhǔn)降低了6 dB的點(diǎn)。在測試區(qū)域的底面回波降低應(yīng)該不需要深度延伸的確定就可以驗(yàn)收通過，在測試區(qū)域降低應(yīng)該小于記錄水平＋6 dB。當(dāng)?shù)酌婊夭ń档土看笥谟涗洏?biāo)準(zhǔn)6 dB時(shí)定義為底面回波全部消失。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵典型結(jié)構(gòu)超聲波檢測

（1）輪轂檢測 輪轂屬于大型球形殼體類鑄件，壁厚一般為60～150 mm范圍內(nèi)，不允許存在超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的縮孔、縮松、氣孔、夾渣以及表面裂紋等鑄造缺陷。輪轂鑄造成型后需要進(jìn)行精加工及組裝，如果在精加工前或者在組裝過程中發(fā)現(xiàn)缺陷，那么將無法返修，所以需要在精加工前對輪轂進(jìn)行超聲波檢測（圖4）。

（2）軸承座檢測 軸承座承受較高的載荷，對質(zhì)量要求較高（圖5）。

（3）軸套檢測 國內(nèi)風(fēng)電企業(yè)出現(xiàn)過軸套斷裂的事故，所以部分風(fēng)電企業(yè)在安裝前對其進(jìn)行檢測。軸套檢測一般從軸的兩端以及軸的圓周進(jìn)行檢測（圖6）。

4 結(jié)語

通過介紹國外風(fēng)電企業(yè)對球墨鑄鐵的超聲波檢測要求，將有助于國內(nèi)風(fēng)電企業(yè)的借鑒和學(xué)習(xí)。隨著風(fēng)電行業(yè)球墨鑄鐵檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，必將對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵的質(zhì)量控制產(chǎn)生重大意義，有利于整個(gè)產(chǎn)業(yè)與國際接軌。

［1]沈功田，李麗菲，王珊珊.鑄鐵設(shè)備無損檢測技術(shù)進(jìn)展［C].全國第九屆無損檢測學(xué)術(shù)年會(huì)，上海：2010.

［2]EN 12680－3 Founding－Ultrasonic Examination－Part 3：Spheroidal Graphite Cast Iron Castings［S].

［3]GB/T 25390—2010 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組球墨鑄鐵件［S].