崔克楠

(北京中唐電工程咨詢有限公司，北京 100040)

風(fēng)力發(fā)電是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)，發(fā)電時(shí)風(fēng)能推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和增速機(jī)，增速機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)通過(guò)輸電電纜將電能輸送到地面控制系統(tǒng)和負(fù)荷。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也是一項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展的，綠色環(huán)保的綜合技術(shù)。

風(fēng)電設(shè)備常處于四季多風(fēng)地帶，在惡劣環(huán)境中工作的塔架大多承載剪切力及拉應(yīng)力，故為防止表面應(yīng)力集中，對(duì)塔架表面質(zhì)量要求較高。塔架焊接完成質(zhì)量驗(yàn)收后大多需進(jìn)行表面噴砂處理，以盡可能釋放表面應(yīng)力，而應(yīng)力釋放過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)表面缺欠，因此對(duì)塔架進(jìn)行磁粉檢測(cè)有著非常重要的意義[1]。磁粉檢測(cè)對(duì)表面或近表面缺陷有很高的檢測(cè)靈敏度，是一種常用、直觀、經(jīng)濟(jì)、快捷、可靠的常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法[2]。

文章針對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中基礎(chǔ)環(huán)與塔筒角焊縫及對(duì)接焊縫磁粉檢測(cè)操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合理論知識(shí)與實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)磁粉檢測(cè)工藝進(jìn)行了深度優(yōu)化。

1 塔架常用材料化學(xué)成分及焊接工藝

塔架常用材料化學(xué)成分及其含量如表1所示,表中Als為酸溶鋁,有細(xì)化晶粒的作用。

表1 塔架常用材料化學(xué)成分及其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

塔架焊縫焊接工藝大部分為埋弧自動(dòng)焊，門框焊縫焊接工藝為CO2氣體保護(hù)焊，焊接工藝比較成熟，自動(dòng)焊接過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷多具有連續(xù)性且有一定的長(zhǎng)度。

2 磁粉檢測(cè)優(yōu)化工藝

2.1 磁化電流

當(dāng)使用交流磁粉檢測(cè)時(shí)，交變磁場(chǎng)施加到被檢工件表面上，工件在交變磁場(chǎng)里因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生渦流，渦流磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，工件內(nèi)部電流密度從而減弱，磁場(chǎng)變?nèi)?；在工件表面附近，渦流方向與原來(lái)電流方向相同，電流密度從而增大，磁場(chǎng)增強(qiáng)[3]。通常50 Hz交流的電趨膚效應(yīng)深度大約為2 mm。

使用直流磁粉檢測(cè)儀時(shí)，由于直流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生定向磁場(chǎng)，所以磁場(chǎng)深入深度越大，能發(fā)現(xiàn)的缺陷越深，但該方法單位面積磁通量較小，且直流電不利于磁懸液中磁粉振動(dòng)積聚于缺陷處，即不利于表面缺陷的磁痕顯示。

由以上分析可見(jiàn)交流磁粉檢測(cè)更適用于塔架的檢測(cè)。

2.2 磁化工藝

2.2.1 預(yù)處理

預(yù)處理時(shí)應(yīng)用軟金屬絲刷和細(xì)砂紙清除掉焊縫及熱影響區(qū)表面的油漆涂層、積碳層、氧化皮與灰塵，用清洗溶劑清洗掉油污。使用水基磁懸液時(shí)，要保證被檢工件表面不存在油漬，覆蓋在焊接接頭表面的灰塵也會(huì)明顯影響磁懸液的潤(rùn)濕效果。

2.2.2 磁化工件與施加磁懸液

磁化工件是磁粉檢測(cè)中較為關(guān)鍵的工序，對(duì)檢測(cè)靈敏度影響較大，推薦使用便攜式磁粉檢測(cè)儀，采用連續(xù)法，配合濕法進(jìn)行磁粉檢測(cè)。在施加水基磁懸液前，應(yīng)先潤(rùn)濕工件被檢區(qū)域，這樣施加的水基磁懸液能夠在工件表面形成均勻薄膜，防止磁懸液噴灑不均造成漏檢。

2.2.3 磁痕觀察記錄與缺陷評(píng)級(jí)

磁粉檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)磁痕后應(yīng)立刻判斷其是否為缺陷，對(duì)于不能確定的磁痕顯示，可擦去磁痕再次磁化，如果不是缺陷一般不會(huì)重復(fù)形成磁痕。

磁粉檢測(cè)磁痕顯示及評(píng)定結(jié)果完全依賴于檢測(cè)人員的目視觀察，所以目視觀察時(shí)的照明極為重要。塔架內(nèi)部光照較差，應(yīng)注意配備額外光源(如頭燈)，同時(shí)應(yīng)確保磁粉檢測(cè)儀器自帶可靠光源。

工件上的缺陷磁痕顯示，需要連同檢測(cè)結(jié)果保存下來(lái)，作為報(bào)告依據(jù)。記錄主要采用拍照方式，拍照時(shí)以直尺作為尺寸參照，記錄時(shí)應(yīng)參照固定物對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位，以便后續(xù)監(jiān)測(cè)缺陷的發(fā)展情況。對(duì)磁粉檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷磁痕顯示，應(yīng)用石筆箭頭引出進(jìn)行標(biāo)記，便于后續(xù)缺陷處理。

確定為缺陷的磁痕顯示，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.4-2015 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第4部分：磁粉檢測(cè)》 進(jìn)行評(píng)級(jí)。評(píng)定時(shí)首先對(duì)缺陷進(jìn)行定性，再區(qū)分磁痕屬于線性缺陷還是圓形缺陷，按磁痕方向確定其屬于縱向缺陷還是橫向缺陷；然后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.4-2015進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)，判定產(chǎn)品的合格與否。

風(fēng)電塔架焊接接頭磁粉檢測(cè)中常見(jiàn)缺陷為裂紋，而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中不允許任何裂紋顯示，所以檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷時(shí)應(yīng)直接判為不合格。其他缺陷分級(jí)如表2所示，表中L為線性缺陷磁痕長(zhǎng)度；d為圓形缺陷磁痕長(zhǎng)徑。

表2 焊接接頭的質(zhì)量分級(jí)

2.2.4 超標(biāo)缺陷磁痕顯示的處理與復(fù)驗(yàn)

當(dāng)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷磁痕顯示時(shí)，如允許，應(yīng)先打磨消除，打磨至肉眼看不到后再進(jìn)行磁粉檢測(cè)；若仍發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)繼續(xù)打磨，直至缺陷完全消除。消除缺陷后要將處理位置打磨圓滑，若打磨深度超過(guò)規(guī)定要求，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊修補(bǔ)。修補(bǔ)后應(yīng)對(duì)補(bǔ)焊位置再次進(jìn)行磁粉檢測(cè)。

3 常見(jiàn)磁痕顯示及產(chǎn)生原因分析

(1) 基礎(chǔ)環(huán)交接接頭過(guò)渡不圓滑處，因溝槽的存在容易產(chǎn)生假顯示；且檢測(cè)時(shí)溝槽位置處會(huì)留存部分磁懸液，即使產(chǎn)生缺陷也會(huì)將磁痕埋沒(méi)。因此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)磁粉檢測(cè)時(shí)應(yīng)采用壓縮空氣，調(diào)低噴氣口氣壓，吹走多余磁懸液以便于觀察缺陷顯示。

(2) 基礎(chǔ)環(huán)下法蘭焊縫組對(duì)過(guò)程中，去除固定卡塊后，焊接卡塊的部位易出現(xiàn)裂紋磁痕顯示(見(jiàn)圖1)，檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意嚴(yán)格按照工藝要求實(shí)施檢測(cè)。

圖1 裂紋磁痕顯示

(3) 實(shí)際生產(chǎn)中，部分制造廠焊接筒體縱縫及下法蘭組對(duì)焊縫時(shí)，如果在兩端收弧位置使用的引弧板長(zhǎng)度不夠或者不使用引弧板，則會(huì)在筒體縱縫及下法蘭組對(duì)焊縫兩端收弧處產(chǎn)生弧坑裂紋(見(jiàn)圖2)，檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意觀察。

圖2 弧坑裂紋磁痕顯示一

(4) 焊接接頭的收弧處，若收弧停留時(shí)間過(guò)短，產(chǎn)生的弧坑則會(huì)引起弧坑裂紋(見(jiàn)圖3)，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的弧坑均應(yīng)打磨消除。

圖3 弧坑裂紋磁痕顯示二

(5) 筒體鋼板縱縫組對(duì)時(shí)，卷板機(jī)會(huì)在鋼板兩端縱焊縫兩側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力，部分組對(duì)人員強(qiáng)行使用鐵錘敲擊矯正，而使得材料表面硬度增加，矯頑力增大。隨著工件壓縮變形率增加，矯頑力和剩磁均增加，漏磁場(chǎng)也會(huì)增大，此時(shí)較易發(fā)現(xiàn)非相關(guān)磁痕顯示(見(jiàn)圖4)。

圖4 非相關(guān)磁痕顯示

4 質(zhì)量控制

(1) 普通交流便攜磁軛式磁粉檢測(cè)儀即可滿足檢測(cè)要求，儀器應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求磁軛的最大磁極間距且當(dāng)使用磁軛最大間距時(shí)，交流電磁軛至少應(yīng)有45 N的提升力。

(2) 對(duì)風(fēng)電塔架進(jìn)行磁粉檢測(cè)時(shí)，使用水基磁懸液可滿足檢測(cè)靈敏度要求，但在實(shí)際磁化時(shí)，不同的方位可能會(huì)影響磁粉檢測(cè)的實(shí)施，尤其在進(jìn)行仰視磁粉檢測(cè)時(shí)，要注意電源線與磁粉檢測(cè)儀連接處的插頭密封性，防止水進(jìn)入發(fā)生儀器短路或人員觸電事故。

(3) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求使用標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片，其型號(hào)分別為A：30/100及C：15/50(試片無(wú)法較好與工件接觸的情況用)。實(shí)際檢測(cè)中磁軛放置位置示意如圖5所示，檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)選用圖5中的方法2；經(jīng)試驗(yàn)圖5中方法1的接觸方式無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的提升力會(huì)影響檢測(cè)靈敏度。

圖5 實(shí)際檢測(cè)中磁軛放置位置示意

(4) 推薦使用白色反差增強(qiáng)劑。因門框焊縫焊接工藝為CO2氣體保護(hù)焊，焊縫表面氧化嚴(yán)重，多為藍(lán)黑色，與水基磁懸液的對(duì)比度較低，難以發(fā)現(xiàn)磁痕顯示，所以必須在磁粉檢測(cè)前使用白色反差增強(qiáng)劑增加對(duì)比度。

(5) 應(yīng)合適配置磁懸液濃度。水基磁懸液理論濃度為1025 g·L-1，檢測(cè)時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)靈敏度試片測(cè)試為準(zhǔn)。

(6) 磁粉檢測(cè)的能力與施加磁場(chǎng)的大小、方向及裂紋的延伸方向有關(guān)。當(dāng)工件磁化方向與裂紋延伸方向垂直時(shí)，裂紋處的漏磁場(chǎng)最大，檢測(cè)靈敏度最高[4]。因此在單磁軛檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)特別注意使用

交叉檢測(cè)方法。

5 結(jié)語(yǔ)

為了保證磁粉檢測(cè)的靈敏度、分辨率和可靠性，必須對(duì)從預(yù)處理到后處理的檢測(cè)全過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)。