DB32T-风电机组螺栓相控阵超声导波成像检测技术导则

Q/LB.□XXXXX-XXXXDB32/TXXXX—XXXX目次TOC\o"1-1"\h前言 II1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14检测方法概要 25人员要求 26安全要求 27检测工艺 38检测设备和器材 39检测准备 510校准与复核 611灵敏度设定 612检测与记录 713评定 714检测记录及报告 8前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由江苏省特种设备安全检验与节能标准化技术委员会提出并归口。本文件起草单位：江苏方天电力技术有限公司、江苏省特种设备安全监督检验研究院、南京华中检测有限公司、武汉中科创新技术股份有限公司、南京市锅炉压力容器检验研究院、国家电投集团江苏新能源有限公司、江苏联能电力科学研究院有限公司、苏交控如东海上风电发电有限公司、三峡新能源海上风电运维江苏有限公司、华能江苏清洁能源分公司、扬子石化股份有限公司本文件主要起草人：马君鹏、岳贤强、马向东、余薇、林光辉、王子成、章彬斌、苏俊、郑凯、代兴亮、周俊、曹峰、杨钢、吴胜平、何正东、王舒涛、杨春、潘铁根、王驰、黄志祥、彭杰、周峰峰、戴飞、付志平、蒋良雄、赵占辉、梁鹏、陈金玉风电机组螺栓相控阵超声导波成像检测技术导则范围本文件规定了风电机组螺栓相控阵柱面超声导波成像检测与质量评定方法。本文件适用于外径不小于10mm且不大于100mm，长度不大于1500mm，长度与外径比值不小于10的碳钢及低合金钢制在役风电机组螺栓周向缺陷的不拆卸检测。注;螺栓类型包括双头螺柱、六角头螺栓、带有内六角螺栓等。风电机组其它类型和材质的螺栓周向缺陷检测以及役前检测可参照执行。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T9445无损检测人员资格鉴定与认证GB/T12604.1无损检测术语超声检测GB/T12604.13无损检测术语第13部分：阵列超声检测GB/T42933.1无损检测仪器相控阵超声设备的性能与检验第1部分：仪器GB/T42933.2无损检测仪器相控阵超声设备的性能与检验第2部分：探头GB/T42933.3无损检测仪器相控阵超声设备的性能与检验第3部分：组合系统JB/T11731无损检测超声相控阵探头通用技术条件术语和定义GB/T12604.1和GB/T12604.13界定的以及下列术语和定义适用于本文件。周向线阵circumferentiallineararray同一平面上多个沿周向排列形成一个单层圆环形（控制方向）的平面阵列探头。如图1所示。周向线阵柱面周向扫描cylindricalcircumferentialscan采用周向线阵，激励声束的孔径中心环绕探头中心步进，声束动态聚焦于相应圆柱母线的声束扫描方式（图像要有刻度）。柱面周向扫描展开图cylindercircumferentialscanexpansiondiagram以螺栓外径圆周展开长度为横坐标，超声传播距离为纵坐标，形成的柱面周向扫描结果显示图像平面展开（图像有刻度标识），如图2所示。其中：X-螺栓外径展开方向Y-超声传播距离a-缺陷图像柱面周向扫描展开图柱面周向扫描平面图cylindercircumferentialscanningplan螺栓检测结果按照波幅大小对应的色带对螺栓检测端面圆形平面投影的图像显示方式。其中：a-无缺陷区域b-缺陷显示区域和方位1-起始阵元N-终止阵元柱面周向扫描平面图检测原理柱面相控阵超声波扫描是对一维环形线阵超声探头的相位控制技术。将多个小尺寸的条形压电晶片按照圆环排列，形成周向线阵探头，由于各个晶片的超声波信号频率相同，当各个晶片的发射和接受进行相位延时，以一定的相位差相干叠加，就可形成各种指向和聚焦特性的声束波，超声波在圆柱件中受柱面约束，沿着圆柱件长度方向传导，即超声柱面导波。运用圆柱界面的纵波掠射现象，形成柱面导波可实现远距离传输和检测超声柱面导波在波导介质中传播的超声导波信号包含传播过程中的全部信息，可用于周向缺陷的检测。通过建立横坐标为被检工件外径展开长度，纵坐标为超声传播距离即被检工件长度方向距离，形成柱面周向扫描展开图显示缺陷相关信息，通过周向线阵探头建立柱面周向扫描平面图显示缺陷信号接收的圆周位置。人员要求检测人员应熟悉本文件的各项规定，熟悉相控阵检测方法和设备使用，了解风电机组螺栓材料、制造和在役缺陷机理等相关基础知识，应能按规定的检测工艺要求熟练操作，对检测中出现的问题应能做出分析、判断和处理。检测人员应按GB/T9445的要求或者合同各方同意的体系进行进行专项培训和资格鉴定与认证，取得相应证书。安全要求从事检测的人员应遵守安全工作的有关规定，当检测条件符合安全作业条件时，方可进行检测。检测工艺文件检测工艺文件包括检测工艺规程和作业指导书。检测工艺规程除满足本文件的要求外，还应规定表1和相关章节所列相关因素的具体范围或要求。相关因素的变化超出规定时，应重新编制或修订工艺规程。检测工艺规程涉及的相关因素序号相关因素的内容1工件形状（包括规格、材质等）2检测面要求3检测标准4探头标称频率、晶片尺寸、晶片中心间距5检测仪器类型6耦合剂类型7校准（试样及校准方法）8扫查方式（手动或自动）9缺陷定量方法10计算机数据采集（用到时）11自动报警和/或记录装置（用到时）12人员资格要求13检测报告要求应根据检测工艺规程的内容以及被检工件的检测要求编制作业指导书，其内容除满足螺栓检测与质量评定方法的要求外，还应包括检测记录和评定要求、检测示意图等。检测设备和器材检测设备仪器性能检测仪器应满足GB/T42399.1的要求，具有产品质量合格证或质量合格的证明文件。仪器性能应满足如下要求：工作频率为0.5MHz～15MHz（按-3dB测量）；接收激发通道不小于16/64；发射电压：不小于50V；增益范围：0dB～80dB，最小调节精度不大于0.5dB；扫查图像：A扫、柱面周向扫描展开图、柱面周向扫描平面图；采用全程动态聚焦。探头应满足如下技术要求：根据螺栓工件尺寸选择探头频率，探头推荐频率见表2；采用周向线阵探头；当螺栓公称直径M＞20mm时，探头的晶片数应不小于64晶片；当螺栓公称直径M≤20mm时，探头晶片数应不小于32晶片；探头直径应与螺栓工件匹配，探头直径与螺栓公称直径相差应不大于10mm，探头外径应为螺栓公称直径的0.75倍～1.2倍范围，探头内径应为探头外径的0.2倍～0.5倍范围，探头推荐尺寸见表3；探头中心频率实测值与标称值误差应不大于10%；探头-6dB相对频带宽度不小于55%；同一探头晶片间灵敏度差值应不大于4dB，晶片灵敏度的均匀性应满足均方差不大于1dB，探头晶片的灵敏度差异及有效性测试按GB/T42933.2执行；探头激发孔径范围内不应存在失效晶片。若失效晶片不可避免，则在确保检测灵敏度满足要求的前提下，在环阵任意1/4圆周范围内的失效晶片的数量不能超出激发晶片总数的15%，且不应存在相邻的失效晶片。探头推荐频率螺栓长度L（mm）L＜2001000≤L＜200L≥1000探头频率f（MHz）7.5≤f＜105≤f＜7.52≤f＜5探头推荐尺寸螺栓直径（mm）M10～M15M15～M20M20～M25M25～M28M28～M40M40～M45探头外径（mm）Φ12Φ17Φ22Φ26Φ30Φ42探头内径（mm）Φ3Φ6Φ10Φ12Φ12Φ12螺栓直径（mm）M45～M50M50～M60M60～M70M70～M80M80～M100探头外径（mm）Φ48Φ52Φ65Φ72Φ86探头内径（mm）Φ12Φ16Φ16Φ20Φ30组合性能仪器和探头的组合性能应满足如下要求：最大检测声程处，探测0.5mm人工切槽时其灵敏度余量应不小于10dB；仪器和探头的组合频率与公称频率误差应不大于10%；在基准灵敏度下，仪器和探头组合的始脉冲宽度，对于频率为5MHz的探头，宽度不大于2.5mm；仪器和探头的系统信噪比应大于35dB。当出现以下情况时应测定仪器和探头的组合性能：新购置的仪器和探头；仪器或探头在维修或更换主要部件后；检测人员认为有必要时。每隔3个月应按GB/T42933.1～GB/T42933.3方法对仪器、探头及其组合系统进行一次性能测试或校准。对比试块检测系统调校应采用对比试块进行。螺栓对比试块形状和尺寸应符合图4的要求。螺栓对比试块的直径应在被检螺栓公称直径0.9倍～1.1倍范围内，应选取与被检工件声学性能相同或近似的材料制成，该材料内部不应有大于或等于Φ1平底孔当量直径的缺陷。人工缺陷为线切割槽，缺陷深度及加工部位见表4。其中：a-试块1人工槽b-试块2人工槽c-试块3人工槽螺栓检测对比试块人工缺陷加工位置示意图对比试块试块编号abc刻槽部位上a中b下c刻槽深度0.5d0.5d0.5d两端均为螺纹，试块1刻槽位于检测端螺母与垫圈结合的丝扣处；检测端为六角端头时，刻槽位于螺杆与端头圆弧过度的起点。试块2刻槽位于螺栓法兰结合面处。试块3刻槽位于检测端对侧螺母与垫圈结合的丝扣处；检测端对侧为六角端头时，刻槽位于螺杆与端头圆弧过度的起点。刻槽深度可根据工艺要求另行确定。在满足灵敏度要求时，对比试块上的切割槽可根据检测需要采取其他布置形式或添加。在满足灵敏度要求时，可采用被检螺栓工件自身作为等效对比试块进行灵敏度设置。耦合剂宜采用透声性好，且不损伤检测表面的水基耦合剂。当环境温度低于0℃时，耦合剂中应添加防冻液。检测采用的耦合剂应与检测系统设置和校准时的相同。检测准备查阅资料检测前应查阅被检螺栓的相关资料,主要包括:a)螺栓的名称、规格、材质及螺栓结构形式等；b)机组大修时螺栓的检测资料。检测面准备影响探头与检测面耦合的锈蚀、镀锌层凸起和污物等都应予以清除。扫查范围设置扫查范围设置应至少大于被检螺栓工件长度50mm，声束应能覆盖到螺栓的全部被检区域。仪器检查每次使用前或连续工作一周以上时，应对晶片有效性按照JB/T11731的规定进行测试检查。灵敏度设置利用对比试块设置将检测探头放置在螺栓对比试块相应检测端（如图5所示），探头中心线应与试块中心重合，手持探头耦合稳定时，调整仪器扫描范围使底波出现在80%时基范围处，闸门起点位于5%时基范围，闸门终点位于底波前，调节增益使柱面周向扫描展开图图像中试块1、试块2、试块3的刻槽信号同时清晰可见并标定颜色色标，且图像中三个刻槽的A扫描信号幅度最小者不低于满屏高的20%，适当调整闸门起点使闸门内螺纹信号低于刻槽信号，记录仪器增益为检测灵敏度。其中：T-探头a-裂纹1b-裂纹2c-裂纹3灵敏度设置利用螺栓工件自身设置将检测探头放置在待检螺栓检测端，探头中心线应与待检螺栓中心重合，手持探头耦合稳定时，调节仪器扫描范围使螺栓底波出现在80%时基位置处，调节增益使底波波高达到满屏高的80%，在此基础上增益12dB～18dB，使噪声波不高于满屏高20%，记录仪器增益为检测灵敏度。若噪声波高于满屏高20%，应使用对比试块进行调节。检测实施扫查方式扫查方式分为手动扫查和自动扫查。检测时采用定位扫查，将探头放置在被检螺栓工件检测面上，探头中心线与被检螺栓工件中心重合，耦合良好后开始检测，检测过程中保持探头固定不动。检测对所有A扫描信号幅度达到或超过满屏幕20%的相关显示信号均应确定其距检测端面的位置和最大反射波幅。缺陷定量当量深度尺寸估算：通过对比试块上人工刻槽的柱面周向扫描展开图图像颜色色标和A扫描信号幅度对比来估算。缺陷指示长度测定：单个缺陷周向长度测量可以在检测过程中实时测量，也可在电脑分析软件上离线测量。具体测量方法如下：首先移动光标找到缺陷的最高反射点，将A扫信号波幅调节至满屏80%高度，向左移动光标，当A扫信号波幅降低至40%时，光标对应点即为缺陷左端点；向右移动光标，当A扫信号波幅降低至40%时，光标对应点即为缺陷右端点。左右端点之间的距离即为该缺陷指示长度。缺陷指示长度小于5mm时，按5mm计。在螺栓柱面周向扫描展开图或柱面周向扫描平面图图像上，同距离相邻两缺陷的间距小于其中较小的缺陷长度时，应作为一条缺陷处理，以两缺陷长度之和作为其指示长度（间距计入）。复核检测过程中仪器和探头组合系统的复核检测过程中，出现下列情形之一时，应对仪器和探头组合系统进行复核：探头、耦合剂发生改变；检测人员怀疑超声传播速度设置或扫查灵敏度设置有变化；连续工作4小时以上。检测结束时仪器和探头组合系统的复核检测工作结束时，应对仪器和探头系统进行下列项目的复核，并记录复核结果：应对超声传播速度设置进行复核。如果超声传播速度设置超过10%，则超声传播速度设置应重新调整，并对上一次复核以来所有的检测部位进行复检；应对扫查灵敏度进行复核；校准、复核和对仪器进行线性检测时，任何影响仪器线性的控制器（如抑制或滤波开关等）都应放在“关”的位置或处于最低水平上。缺陷评定相关显示信号反射波的柱面周向扫描展开图图像颜色达到或超过人工刻槽的柱面周向扫描展开图图像颜色色标或A扫描信号幅度达到或超