CN113030262A - 一种带漆层风电塔筒焊缝相控证检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带漆层风电塔筒焊缝相控证检测方法，技术方案是，将对比试块相控阵检测结果中最深缺陷的判废标准增益值确定为相控阵系统的初始增益值；开始扫查，hx深度处发现缺陷，若波幅下调至80％时显示的增益值小于对比试块相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值，则检测到的缺陷不合格，判定为超标缺陷；将波幅调至判废标准增益值，移动相控阵探头继续扫查，当波幅降低至低于80％时，相控阵探头走过的距离，即为该超标缺陷的长度，本发明实现不除漆状态下对焊缝的无损检测，大大提高工作效率，减少现场打磨工作，减少材料锈蚀，增加风电塔筒寿命，准确率达到99％以上。

Description

一种带漆层风电塔筒焊缝相控证检测方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，特别是一种带漆层风电塔筒焊缝相控证检测方法。
背景技术
目前风电在未来绿色能源中占的比重越来越重，在整个风电机组中起承载作用，它的作用是支撑风轮和机舱，并且把风轮支撑到足够的高度，以使风轮能够捕获风能，带动发电机实现风能到电能的转换。因此塔筒的强度和高度都必须满足能量转换的要求，如果塔筒发生弯曲变形甚至是折断，就会导致整个风电机组的停产甚至是倒塌，造成巨大损失。因此对风电塔筒的金属检验尤为重要，但是由于塔筒内外表面有多层漆层，每次检验需要打磨漆层，每次检测打磨给工作带来很多不便，因此风电塔筒的无损-检测工作开展受到一定限制，因此其改进和创新势在必行。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种带漆层风电塔筒焊缝相控证检测方法，可有效解决不破坏漆层对带漆层风电塔筒焊缝相控证检测的问题。
本发明解决的技术方案是：
一种带漆层风电塔筒焊缝相控证检测方法，包括以下步骤：
步骤一：制作对比试块
对比试块为含有焊缝的长方体，长方体的上表面设置有覆盖焊缝的带漆层，带漆层包括分别设置在长方体上表面两侧的两层漆检测面和三层漆检测面，焊缝所在截面的对比试块上自上而下设置有均布的4个直径为2mm的圆形通孔作为对比试块焊缝的内部缺陷，4个圆形通孔在焊缝的自上而下的深度分别为h1，h2，h3，h4；
所述焊缝采用与现场待测风电塔筒焊缝相同的焊接工艺；
所述两层漆检测面采用与现场待测风电塔筒表面漆相同的底漆、面漆材料且厚度相同；
所述三层漆检测面采用与现场待测风电塔筒表面漆相同的底漆、中间漆、面漆材料且厚度相同；
所述对比试块的高度≤40mm；
步骤二：对比试块的相控阵检测
用相控阵探头放在2层漆检测面焊缝处进行扫查，得到不同深度的圆形通孔构成的内部缺陷，波幅在80％时对应的增益值分别为b1，b2，b3，b4；
根据NB/T47013-2015《承压设备无损检测》中判废标准要求，当厚度小于40mm时，判废线为Φ2孔对应的缺陷-4dB，因此标准判废标准为增益值+4，则得到2层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果如下表所示：
深度(X<sub>1</sub>) 2层漆波幅80％对应增益值(Y<sub>1</sub>) 判废标准(Y<sub>1</sub>’)
h<sub>1</sub> b<sub>1</sub> b<sub>1</sub>+4
h<sub>2</sub> b<sub>2</sub> b<sub>2</sub>+4
h<sub>3</sub> b<sub>3</sub> b<sub>3</sub>+4
h<sub>4</sub> b<sub>4</sub> b<sub>4</sub>+4
根据2层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果中的深度X1与2层漆判废标准增益值Y1’，通过Origin软件，绘出X1、Y1’对应关系图，通过Origin中公式拟合的方法，拟合出符合X1、Y1’关系的公式1，要求公式1相关系数(Pearson)在0.99以上，拟合度(R-Square)在0.99以上，则该公式1即为对比试块2层漆检测面的增益方程：
Y1’＝m1+n1X1，
其中，X1为缺陷深度，Y1’为该缺陷深度下2层漆判废标准增益值，m1、n1为系数；
用相控阵探头放在3层漆检测面焊缝处进行扫查，得到不同深度的圆形通孔构成的内部缺陷，波幅在80％时对应的增益值分别为c1，c2，c3，c4；
根据NB/T47013-2015《承压设备无损检测》中判废标准要求，当厚度小于40mm时，判废线为Φ2孔对应的缺陷-4dB，因此标准判废标准为增益值+4，则得到3层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果如下表所示：
深度(X<sub>2</sub>) 3层漆波幅80％对应增益值(Y<sub>2</sub>) 判废标准(Y<sub>2</sub>’)
h<sub>1</sub> c<sub>1</sub> c<sub>1</sub>+4
h<sub>2</sub> c<sub>2</sub> c<sub>2</sub>+4
h<sub>3</sub> c<sub>3</sub> c<sub>3</sub>+4
h<sub>4</sub> c<sub>4</sub> c<sub>4</sub>+4
根据3层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果中的深度X2与3层漆判废标准增益值Y2’，通过Origin软件，绘出X2、Y2’对应关系图，通过Origin中公式拟合的方法，拟合出符合X2、Y2’关系的公式2，要求公式2相关系数(Pearson)在0.97以上，拟合度(R-Square)在0.97以上，则该公式2即为对比试块3层漆检测面的增益方程：
Y2’＝m2+n2X2，
其中，X2为缺陷深度，Y2’为该缺陷深度下3层漆判废标准增益值，m2、n2为系数；
步骤三：待测风电塔筒焊缝相控阵检测
A、确定待测风电塔筒焊缝表面漆层数
根据待测风电塔筒焊缝的位置，确定待测风电塔筒焊缝表面漆层数，从而确定采用2层漆检测面的增益方程或3层漆检测面的增益方程；
如检测塔筒内表面焊缝，则选用2层漆检测面的增益方程；检测塔筒外表面焊缝，则选用3层漆检测面的增益方程；
B、确定相控阵检测的初始增益值
将对比试块相控阵检测结果中最深缺陷的判废标准增益值b4+4或c4+4确定为初始增益值；
该增益值含义为在h4深度时，判废线(Φ2-4dB)对应的缺陷波幅调整至80％时，对应的增益值，由于随着深度的增加，发现缺陷需要的增益值越大，因此选择h4对应的增益值为初始值，可以防止漏检；
C、待测风电塔筒焊缝的相控阵检测
S1：缺陷是否超标的判定
用相控阵探头放在待测风电塔筒焊缝处进行扫查，若扫查过程中在hx深度处发现缺陷时，由于初始增益值为对比试块相控阵检测结果中最深缺陷处的判废标准增益值，其数值较大，此时反射波的波幅会大于80％，为了确定在hx深度处该反射波对应的缺陷是否为超标缺陷，将波幅下调至80％，在降低波幅的同时，增益值也会减少，将波幅下调至80％时显示的增益值与对比试块相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值进行比较：
若波幅下调至80％时显示的增益值小于对比试块相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值，则检测到的缺陷不合格，判定为超标缺陷；反之则检测到的缺陷合格，判定为未超标缺陷；
缺陷不合格时，相当于一个低于该增益值的缺陷，缺陷反射波达到80％，说明该缺陷大小大于判废标准，因此低于对比试块的相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值即为不合格。如果在hx处发现疑式缺陷，判废标准增益值通过拟合公式计算得出。
具体的：
所述对比试块相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值通过2层漆检测面的增益方程或3层漆检测面的增益方程求得：
即将检测到的缺陷所在的深度hx代入2层漆检测面的增益方程或3层漆检测面的增益方程求得该深度判废标准增益值Y1’或Y2’；
将判废标准增益值与波幅下调至80％时显示的增益值作差，得到增益差值c，增益差值c为正，即为超标缺陷，增益差值c为负，则为未超标缺陷，同时，增益差值c作为缺陷大小的标准，c值越大，超标缺陷越大；
S2：缺陷长度的确定
若在上述步骤S1中确定为超标缺陷，则将上述步骤S1中波幅下调至80％时显示的增益值上调至对比试块相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值，在增益值增大的同时，波幅也会增大并超过80％，然后移动相控阵探头继续扫查，当波幅降低至低于80％时，相控阵探头走过的距离，即为该超标缺陷的长度，对检测结果进行记录。
以2层漆检测面焊缝为例，将待测风电塔筒焊缝的相控阵检测的步骤简化，可以得到以下步骤：
1、确定待测风电塔筒焊缝表面漆层数为2，从而确定采用2层漆检测面的增益方程；
2、将对比试块相控阵检测结果中最深缺陷的判废标准增益值b4+4确定为相控阵系统的初始增益值；
3、开始扫查，hx深度处发现缺陷，降低波幅至80％时，缺陷对应的增益值为b，将hx代入2层漆检测面的增益方程后求得该深度判废标准增益值Y1’＝d，d-b＝c，若c为正，则为超标缺陷，若c为负，则为未超标缺陷，c越大，超标缺陷越大；
4、将增益从b增加至d，此时波幅从80％增加至e％，e≧80，移动探头继续扫查，当波幅低于80％时，探头移动的距离f为该缺陷长度；
5、记录hx深度缺陷的缺陷性质：大小超过判废线c dB，长度为f的超标缺陷。
与现有技术相比，本发明方法简单，通过对与现场待测风电塔筒焊缝相匹配的对比试块的相控阵检测，得到能够获得各个缺陷深度对应判废标准增益值的增益方程，现场检测时，选定最深缺陷的判废标准增益值为初始增益值，扫查时，hx深度处发现缺陷，通过将降低波幅至80％得到的增益值与该深度对比试块的判废标准增益值进行比对，直接得到缺陷是否超标的结论，同时通过调整增益值至判废标准增益值继续扫查，可以快速获得超标缺陷的长度，从而实现不除漆状态下对焊缝的无损检测，大大提高工作效率，减少现场打磨工作，减少材料锈蚀，增加风电塔筒寿命，经实际应用，准确率达到99％以上，其使用方便，效果好，是带漆层风电塔筒焊缝相控证检测方法上的创新，有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明对比试块的结构示意图。
图2为本发明实施例中2层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果的X1、Y1’对应关系图。
图3为本发明实施例中2层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果拟合后的X1、Y1’对应关系图。
图4为本发明实施例中3层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果的X1、Y1’对应关系图。
图5为本发明实施例中3层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果拟合后的X1、Y1’对应关系图。
如图6为本法实施例塔筒内表面扫查结果截图。
如图7为本法实施例塔筒外表面扫查结果截图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例
步骤一：制作对比试块
根据某风电现场实际条件制作对比试块，现场塔筒板厚为40mm，对比试块1为含有焊缝6的长方体，尺寸为长520mm，宽120mm，高40mm，焊缝6位于沿长度方向的中间，两层漆检测面2和三层漆检测面3分别位于长方体上表面的两侧，宽度均为40mm，焊缝所在截面的对比试块上自上而下设置有均布的4个直径为2mm的圆形通孔5作为对比试块焊缝的内部缺陷，4个圆形通孔5在焊缝的自上而下的深度分别为8mm，16mm，24mm，32mm；
所述焊缝6采用与现场待测风电塔筒焊缝相同的焊接工艺，具体为：焊接采用埋弧焊，焊丝牌号为H10Mn2，焊丝直径为4mm，焊剂为SJ101，焊后进行消氢处理，加热温度为200-350℃，保温2h，焊接电流560～650A，电弧电压31～36V，焊接速度37～46cm/min；
所述两层漆检测面2采用与现场待测风电塔筒表面漆相同的底漆、面漆材料且厚度相同，具体为：
底漆为环氧富锌底漆，厚度为50微米，面漆选用环氧中间漆，厚度为120微米，两层漆层总厚度为175微米(0.175mm)；
所述三层漆检测面3采用与现场待测风电塔筒表面漆相同的底漆、中间漆、面漆材料且厚度相同，具体为：
底漆为环氧富锌底漆，厚度为50微米，中间漆为环氧中间漆，厚度为160微米，面漆为聚氨酯面漆，厚度为40微米，三层漆层总厚度为为250微米(0.25mm)；
步骤二：对比试块的相控阵检测
用相控阵探头放在2层漆检测面焊缝处进行扫查，得到2层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果如下表所示：
深度(X<sub>1</sub>) 2层漆波幅80％对应增益值(Y<sub>1</sub>)) 判废标准(Y<sub>1</sub>’)
8mm 23.1dB 27.1dB
16mm 29.3dB 33.3dB
24mm 35.7dB 39.7dB
32mm 42.2dB 46.2dB
如图2、3所示，根据2层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果中的深度X1与2层漆判废标准增益值Y1’，通过Origin软件，绘出X1、Y1’对应关系图，通过Origin中公式拟合的方法，拟合出符合X1、Y1’关系的公式1，相关系数为0.99994，拟合度为0.99983，符合要求，则该公式1即为对比试块2层漆检测面的增益方程：
Y1’＝20.65+0.7962X1
其中，X1为缺陷深度，Y1’为该缺陷深度下2层漆判废标准增益值；
用相控阵探头放在3层漆检测面焊缝处进行扫查，得到3层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果如下表所示：
深度(X<sub>2</sub>) 3层漆波幅80％对应增益值(Y<sub>2</sub>) 判废标准(Y<sub>2</sub>’)
8mm 24.2dB 28.2dB
16mm 30.5dB 34.5dB
24mm 36.9dB 40.9dB
32mm 43.3dB 47.3dB
如图4、5所示，根据3层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果中的深度X2与3层漆判废标准增益值Y2’，通过Origin软件，绘出X2、Y2’对应关系图，通过Origin中公式拟合的方法，拟合出符合X2、Y2’关系的公式2，相关系数为0.99999，拟合度为0.99998，符合要求，则该公式2即为对比试块3层漆检测面的增益方程：
Y2’＝21.8+0.7962X2
其中，X2为缺陷深度，Y2’为该缺陷深度下3层漆判废标准增益值；
步骤三：待测风电塔筒焊缝相控阵检测
塔筒内表面：
A、确定待测风电塔筒焊缝表面漆层数
检测塔筒内表面焊缝，选用2层漆检测面的增益方程；
B、确定相控阵检测的初始增益值
将对比试块2层漆检测面相控阵检测结果中最深缺陷的判废标准增益值46.2dB确定为初始增益值；
C、开始扫查，在深度8mm处发现一缺陷，降低波幅至80％时，缺陷对应的增益值降为23.1dB(如图6所示)，2层漆检测面相控阵检测结果中8mm深度对应的判废标准增益值Y1’＝27.1dB，23.1＜27.1，则判断该缺陷为超标缺陷，27.02-23.1＝4.0dB，则c＝4.0dB；
将增益从23.1dB增加至27.1dB，波幅从增大超过80％，移动探头2mm，波幅降低至80％以下，记录该缺陷：8mm深度缺陷的缺陷性质为大小超过判废线4.0dB，长度为2mm的超标缺陷；
D、通过对该部位进行射线检查，标明该部位缺陷长度为2mm，与相控阵结果一致，证明本发明方法检测的准确性。
塔筒外表面：
A、确定待测风电塔筒焊缝表面漆层数
检测塔筒外表面焊缝，选用3层漆检测面的增益方程；
B、确定相控阵检测的初始增益值
将对比试块3层漆检测面相控阵检测结果中最深缺陷的判废标准增益值47.3dB确定为初始增益值；
C、开始扫查，在深度23.3mm处发现一缺陷，降低波幅至80％时，缺陷对应的增益值降为36.3dB，将23.3mm代入3层漆检测面的增益方程，求得该深度判废标准增益值Y1’＝40.4dB，36.3＜40.4，则判断该缺陷为超标缺陷，40.4-36.3＝4.1dB，则c＝4.1dB；
将增益从36.3dB增加至40.4dB，波幅从增大超过80％，移动探头22mm，波幅降低至80％以下，记录该缺陷：23.3mm深度缺陷的缺陷性质为大小超过判废线4.1dB，长度为22mm的超标缺陷；
D、通过对该部位进行射线检查，标明该部位缺陷长度为22mm，与相控阵结果一致，证明本发明方法检测的准确性。

Claims (2)

1.一种带漆层风电塔筒焊缝相控证检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：制作对比试块
对比试块(1)为含有焊缝(6)的长方体，长方体的上表面设置有覆盖焊缝的带漆层，带漆层包括分别设置在长方体上表面两侧的两层漆检测面(2)和三层漆检测面(3)，焊缝所在截面的对比试块上自上而下设置有均布的4个直径为2mm的圆形通孔(5)作为对比试块焊缝的内部缺陷，4个圆形通孔(5)在焊缝的自上而下的深度分别为h1，h2，h3，h4；
所述焊缝(6)采用与现场待测风电塔筒焊缝相同的焊接工艺；
所述两层漆检测面(2)采用与现场待测风电塔筒表面漆相同的底漆、面漆材料且厚度相同；
所述三层漆检测面(3)采用与现场待测风电塔筒表面漆相同的底漆、中间漆、面漆材料且厚度相同；
步骤二：对比试块的相控阵检测
用相控阵探头放在2层漆检测面焊缝处进行扫查，得到不同深度的圆形通孔构成的内部缺陷，波幅在80％时对应的增益值分别为b1，b2，b3，b4；
根据NB/T47013-2015《承压设备无损检测》中判废标准要求，当厚度小于40mm时，判废线为Φ2孔对应的缺陷-4dB，因此标准判废标准为增益值+4，则得到2层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果如下表所示：
深度(X<sub>1</sub>) 2层漆波幅80％对应增益值(Y<sub>1</sub>) 判废标准(Y<sub>1</sub>’) h<sub>1</sub> b<sub>1</sub> b<sub>1</sub>+4 h<sub>2</sub> b<sub>2</sub> b<sub>2</sub>+4 h<sub>3</sub> b<sub>3</sub> b<sub>3</sub>+4 h<sub>4</sub> b<sub>4</sub> b<sub>4</sub>+4
根据2层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果中的深度X1与2层漆判废标准增益值Y1’，通过Origin软件，绘出X1、Y1’对应关系图，通过Origin中公式拟合的方法，拟合出符合X1、Y1’关系的公式1，要求公式1相关系数在0.99以上，拟合度在0.99以上，则该公式1即为对比试块2层漆检测面的增益方程：
Y1’＝m1+n1X1，
其中，X1为缺陷深度，Y1’为该缺陷深度下2层漆判废标准增益值，m1、n1为系数；
用相控阵探头放在3层漆检测面焊缝处进行扫查，得到不同深度的圆形通孔构成的内部缺陷，波幅在80％时对应的增益值分别为c1，c2，c3，c4；
根据NB/T47013-2015《承压设备无损检测》中判废标准要求，当厚度小于40mm时，判废线为Φ2孔对应的缺陷-4dB，因此标准判废标准为增益值+4，则得到3层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果如下表所示：
深度(X<sub>2</sub>) 3层漆波幅80％对应增益值(Y<sub>2</sub>) 判废标准(Y<sub>2</sub>’) h<sub>1</sub> c<sub>1</sub> c<sub>1</sub>+4 h<sub>2</sub> c<sub>2</sub> c<sub>2</sub>+4 h<sub>3</sub> c<sub>3</sub> c<sub>3</sub>+4 h<sub>4</sub> c<sub>4</sub> c<sub>4</sub>+4
根据3层漆检测面内部缺陷的相控阵检测结果中的深度X2与3层漆判废标准增益值Y2’，通过Origin软件，绘出X2、Y2’对应关系图，通过Origin中公式拟合的方法，拟合出符合X2、Y2’关系的公式2，要求公式2相关系数在0.97以上，拟合度在0.97以上，则该公式2即为对比试块3层漆检测面的增益方程：
Y2’＝m2+n2X2，
其中，X2为缺陷深度，Y2’为该缺陷深度下3层漆判废标准增益值，m2、n2为系数；
步骤三：待测风电塔筒焊缝相控阵检测
A、确定待测风电塔筒焊缝表面漆层数
根据待测风电塔筒焊缝的位置，确定待测风电塔筒焊缝表面漆层数，从而确定采用2层漆检测面的增益方程或3层漆检测面的增益方程；
B、确定相控阵检测的初始增益值
将对比试块相控阵检测结果中最深缺陷的判废标准增益值b4+4或c4+4确定为初始增益值；
C、待测风电塔筒焊缝的相控阵检测
S1：缺陷是否超标的判定
用相控阵探头放在待测风电塔筒焊缝处进行扫查，若扫查过程中在hx深度处发现缺陷时，由于初始增益值为对比试块相控阵检测结果中最深缺陷处的判废标准增益值，其数值较大，此时反射波的波幅会大于80％，为了确定在hx深度处该反射波对应的缺陷是否为超标缺陷，将波幅下调至80％，在降低波幅的同时，增益值也会减少，将波幅下调至80％时显示的增益值与对比试块相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值进行比较：
若波幅下调至80％时显示的增益值小于对比试块相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值，则检测到的缺陷不合格，判定为超标缺陷；反之则检测到的缺陷合格，判定为未超标缺陷；
具体的：
所述对比试块相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值通过2层漆检测面的增益方程或3层漆检测面的增益方程求得：
即将检测到的缺陷所在的深度hx代入2层漆检测面的增益方程或3层漆检测面的增益方程求得该深度判废标准增益值Y1’或Y2’；
将判废标准增益值与波幅下调至80％时显示的增益值作差，得到增益差值c，增益差值c为正，即为超标缺陷，增益差值c为负，则为未超标缺陷，同时，增益差值c作为缺陷大小的标准，c值越大，超标缺陷越大；
S2：缺陷长度的确定
若在上述步骤S1中确定为超标缺陷，则将上述步骤S1中波幅下调至80％时显示的增益值上调至对比试块相控阵检测结果得到的对应深度的判废标准增益值，在增益值增大的同时，波幅也会增大并超过80％，然后移动相控阵探头继续扫查，当波幅降低至低于80％时，相控阵探头走过的距离，即为该超标缺陷的长度。
2.根据权利要求1所述的带漆层风电塔筒焊缝相控证检测方法，其特征在于，所述对比试块(1)的高度≤40mm。
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