3D全聚焦相控陣風電螺栓檢測 風機發電機組構件大部分都是通過高強緊固螺栓連接緊固，主要構件部位在葉輪、偏航、塔筒等部位；風電螺栓按所在風機部位可分為塔筒螺栓、偏航螺栓、主軸連接螺栓、葉片螺栓（內外圈）等；按螺栓形狀可分為內六角螺栓、外六角螺栓、雙頭螺柱等。

一 行業背景

風電發電機組中*主要的固定連接方式就是利用螺栓連接，成千上萬的螺栓的質量直接影響風力發電機組運行的安全性和可靠性。由于風電螺栓規格種類多，數量龐大。因此，提供一種快速有效的螺栓服役質量檢測方法是保障風力發電機組安全運行的重要手段。

二 風電螺栓的分類

風機發電機組構件大部分都是通過高強緊固螺栓連接緊固，主要構件部位在葉輪、偏航、塔筒等部位；風電螺栓按所在風機部位可分為塔筒螺栓、偏航螺栓、主軸連接螺栓、葉片螺栓（內外圈）等；按螺栓形狀可分為內六角螺栓、外六角螺栓、雙頭螺柱等。

三 風電螺栓的相控陣3D全聚焦（TFM）檢測方法

CTS-PA322T系統配套風電螺栓專用探頭，檢測風電螺栓時只需按規定操作，把探頭置于螺栓端部（兩端均可）不需要移動探頭等操作。CTS-PA322T系統便能夠實時采集被檢測螺栓內部所有信息，并實時輸出被檢測螺栓的3D檢測圖像。系統提供缺陷分析存儲功能，能夠對被檢測螺栓內部缺陷進行準確定位、定量測量。

風電螺栓檢測案例:

為了驗證相控陣全聚焦實時3D超聲成像系統CTS-PA322T探傷設備和檢驗探傷結果可行性，我們通過利用該設備的3D成像圖與常規相控陣B掃圖（線陣探頭、菊花陣列探頭）以及常規A掃圖進行對比。

1：塔筒螺栓

該塔筒螺栓在螺紋處加工了兩個2mm深的人工刻槽，檢測結果圖像如下：

2：葉片螺栓

該葉片螺栓存在兩個目視不可見的自然裂紋缺陷，檢測結果如圖：

3：葉片螺栓

該葉片螺栓加工了兩個2mm深的人工刻槽，檢測結果如圖：

4：內六角葉片螺栓

內六角葉片螺栓采用我司研制的內六角螺栓專用探頭進行檢測，該螺栓加工了2mm深的刻槽缺陷：

> 現場檢測案例：M28×240葉片-變槳軸承內圈螺栓自然缺陷檢測

在某風電場現場進行的1.5MW風機風電螺栓全檢過程中，在葉片-變槳軸承內圈螺栓中發現了五根帶較大裂紋缺陷的螺栓，并進行了螺栓的現場拆卸更換。在卸下的螺栓中，發現了一根在卸過程中斷裂螺栓，一根出現明顯裂紋以及三根肉眼無法識別裂紋缺陷。

螺栓的無損檢測方法主要有超聲、磁粉、滲透及渦流檢測，但針對風電螺栓檢測的在役性要求，便只有超聲檢測滿足檢測條件。而超聲檢測也可細分為常規超聲檢測和相控陣超聲檢測。

> 常規超聲檢測（UT）：

常規超聲檢測主要采用小角度縱波探頭對螺栓進行檢測，并通過波形判斷檢測結果，此方法對檢測人員具有一定的檢測經驗要求，且只適用于部分規格較小的外六角螺栓的檢測。對于內六角螺栓、內六角雙頭螺柱及較長的螺栓則無法采用此方法，檢測效率也相對較低，是風電螺栓在役超聲檢測中*不推薦使用的一種方法。

> 常規相控陣檢測（PAUT）：

常規相控陣檢測的圖像判斷不同于常規超聲檢測的波形判斷，檢測結果的二維圖像直觀性有進一步地提高，可檢范圍更廣，基本可覆蓋小兆瓦風機螺栓的檢測需求。

常規相控陣的目前采用的主要有兩種掃查方式：一種是采用線陣探頭進行扇掃或線掃成像檢測（如圖14），但此方法一次只能檢測螺栓的一個切面，要想完整的檢測整根螺栓至少需將探頭進行旋轉180度的掃查來實現全覆蓋，從而降低了檢測效率。

另一種方法則是采用菊花陣列探頭來檢測（檢測結果如圖15），采用該方法無需旋轉探頭，可提高檢測效率。但是采用菊花陣探頭檢測的結果無法直觀地體現裂紋裂深的情況，也無法檢測螺栓內部缺陷，對探頭與螺栓規格的尺寸匹配要求相對較高，但總體相較于常規超聲檢測，常規相控陣的檢測結果更直觀，可檢范圍更廣，基本可實現風電螺栓的檢測。

綜上，螺栓的傳統檢測方法，常規超聲和常規相控陣均可以進行在役檢測。但是對檢測人員要求高，人為因素影響比較大，而磁粉和滲透則不利于現場在役檢測。

3D全聚焦技術的優勢：

• 在三維空間內從各個不同空間角度采集被檢測工件內部的缺陷信息，信息采集更充分，螺栓內部缺陷一覽無余，成像直觀可靠，避免缺陷漏檢。
• 無需移動探頭，可實現對螺栓整體的實時3D成像。且可旋轉觀察，檢測結果更直觀，系統提供缺陷分析存儲功能，能夠對被檢測螺栓內部缺陷進行準確定位、定量測量。
• 一根螺栓檢測時間不到2秒鐘，檢測效率高。