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風電螺栓
實時3D全聚焦（TFM）超聲相控陣成像檢測
一、行業背景：
風電發電機組中最主要的固定連接方式就是螺栓連接，成千上萬螺栓的質量將直接影響風力發電機組運行的安全性及可靠性。由於風電螺栓規格種類多，數量龐大。因此，選擇一種快速有效的螺栓在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：
風電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、風電螺栓實時3D全聚焦（TFM）超聲相控陣檢測方法：
CTS-PA322T系統配套風電螺栓專用探頭，檢測風電螺栓時只需將探頭置於螺栓端部（兩端均可）無需移動探頭，系統便可實時採集被檢測螺栓內部所有信息，並實時顯示檢測螺栓的三維立體檢測圖像，結果準確直觀，是否有裂紋、缺陷等一目了然。提供缺陷分析和存儲功能，能夠對被檢測螺栓內部缺陷進行準確定位、定量分析。
風電螺栓檢測對比實驗:
為驗證相控陣全聚焦實時3D超聲成像系統CTS-PA322T檢驗探傷結果可行性，我們針對不同類型、不同規格螺栓，與傳統超聲檢測方法（常規超聲、常規超聲相控陣）進行了系列對比實驗，實驗結果如下：
對比實驗1——塔筒螺栓：
螺栓規格：M45×275mm；
缺陷說明：在螺栓螺紋處加工了兩處徑向2mm深的人工刻槽；
檢測結果：如圖3、4所示。
對比實驗2——葉片螺栓：
葉片-變槳軸承外圈螺栓：
螺栓規格：M28×220mm；
缺陷說明：在螺栓螺紋處加工了兩處徑向2mm深的人工刻槽；
檢測結果：如圖5、6所示。
葉片-變槳軸承內圈螺栓：
螺栓規格：M28×240mm；
缺陷說明：在螺栓底部螺紋處存在兩處自然裂紋；
檢測結果：如圖7、8所示。
對比實驗3——內六角雙頭螺柱：
螺栓規格：M28×420mm；
缺陷說明：在螺栓螺紋及光杆部位均加工了徑向2mm深的人工刻槽；
檢測結果：如圖9、10所示。
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，並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。
四、風電螺栓的傳統檢測方法：
除上文所提的相控陣全聚焦（TFM）實時3D超聲成像檢測方法外，針對螺栓的無損檢測方法還包含磁粉、滲透及渦流檢測等，但對風電螺栓檢測的在役性檢測要求便只有超聲檢測可勝任。而超聲檢測也可細分為上文中所提到的常規超聲檢測和常規相控陣超聲檢測。
常規超聲檢測（UT）：
常規超聲檢測主要採用小角度縱波探頭對螺栓進行檢測，並通過波形（如圖13所示）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，且只適用於部分規格較小的外六角螺栓的檢測。對於內六角螺栓、內六角雙頭螺柱及較長的螺栓則無法採用此方法，檢測效率也相對較低，是風電螺栓在役超聲檢測中最不推薦使用的一種檢測方法。
常規相控陣超聲檢測（PAUT）：
常規相控陣超聲檢測的圖像判斷不同於常規超聲檢測的波形判斷，檢測結果以二維圖顯示，直觀性有進一步地提高，可檢範圍更廣，可基本覆蓋小兆瓦風機螺栓的檢測需求。
常規相控陣目前所採用的掃查方式主要有兩種：一種是採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180度的旋轉掃查來實現螺栓的全覆蓋，從而降低了檢測效率。
另一種方法則是採用菊花陣列探頭來檢測（檢測結果如圖3），採用該方法無需旋轉探頭，可提高檢測效率。但採用菊花陣探頭檢測的結果無法直觀地體現裂紋裂深度情況，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，但是相較於常規超聲檢測，常規相控陣的檢測結果較為直觀，可檢範圍更廣，基本可實現風電螺栓的檢測。
五、3D全聚焦超聲超聲相控陣成像檢測優勢：
通過對不同規格、類型螺栓採用的不同超聲檢測方法對比及現場應用案例，可總結出，採用實時3D全聚焦超聲相控陣成像檢測技術是目前風電螺栓檢測中整體優勢最為突出及有效的一種檢測方法，具體優勢可總結如下：
缺陷檢出率更高，利用全聚焦特有高精度檢測優勢，可實現螺栓內部及裂紋缺陷的同時成像；檢測效率更高，無需移動探頭，一根螺栓檢測時間不到2秒鐘；檢測結果更為直觀，檢測結果為三維立體圖像，並可旋轉觀察，減少人為缺陷判斷誤差；缺陷分析能力更強，系統提供缺陷分析存儲功能，能夠對被檢測螺栓檢測結果進行切片分析，實現對螺栓缺陷的準確定位、定量測量。
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