隨著雙碳目標的持續(xù)推進，我國風電裝機規(guī)模持續(xù)擴大，風電塔筒作為風電機組的核心承載結(jié)構(gòu)，長期承受交變風載荷、葉片振動載荷及沿海鹽霧腐蝕作用，焊縫部位的裂紋、未熔合、未焊透等內(nèi)部缺陷，是引發(fā)塔筒變形、倒塌等安全事故的核心誘因。傳統(tǒng)風電塔筒無損檢測手段中，磁粉、滲透僅能檢測表面及近表面缺陷，常規(guī)超聲對缺陷的定量精度不足，射線檢測存在輻射危害且作業(yè)效率低，已無法滿足大規(guī)模風電運維的檢測需求，超聲相控陣與TOFD技術(shù)的組合應(yīng)用，成為當前風電塔筒焊縫檢測的主流解決方案。
一、技術(shù)背景與發(fā)展歷程
我國風電產(chǎn)業(yè)在“十四五”期間進入高速發(fā)展階段，大功率風電機組市場占比持續(xù)提升，風電塔筒壁厚不斷增加，對焊縫無損檢測的精度、全覆蓋性提出了更高標準要求。早期風電塔筒檢測多采用常規(guī)超聲結(jié)合射線的組合檢測方案，但該方案存在缺陷檢出穩(wěn)定性差、作業(yè)輻射風險高、整體檢測周期長等突出痛點，難以適配規(guī)模化、常態(tài)化的風電運維檢測需求。在此背景下，無輻射、高精度、高適配性的超聲相控陣與TOFD組合無損檢測技術(shù)得到快速推廣，逐步從塔筒生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的出廠驗收檢測，延伸至在役塔筒常態(tài)化運維檢測場景，目前已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)陸上及海上風電場的塔筒焊縫檢測工作。
二、核心原理深度解析
超聲相控陣檢測技術(shù)的核心是多晶片陣列探頭，通過設(shè)備系統(tǒng)獨立控制每個壓電晶片的激發(fā)與接收延時，可實現(xiàn)超聲聲束的精準偏轉(zhuǎn)、動態(tài)聚焦及掃查范圍可調(diào)，能夠適配風電塔筒環(huán)縫、縱縫、法蘭對接縫等不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的焊縫，匹配專屬掃查路徑，生成多維度成像檢測結(jié)果，直觀清晰呈現(xiàn)缺陷的具體位置、長度、形態(tài)取向等關(guān)鍵參數(shù)，為缺陷判定提供直觀依據(jù)。
TOFD技術(shù)即衍射時差法超聲檢測，核心原理是采集缺陷兩端產(chǎn)生的衍射波，通過測算衍射波的傳播時間差，實現(xiàn)對缺陷高度的精準定量檢測，該技術(shù)不受缺陷自身取向干擾，對風電塔筒焊縫中高發(fā)的裂紋、未熔合等面狀缺陷檢出能力顯著優(yōu)于傳統(tǒng)常規(guī)超聲檢測技術(shù)。兩種技術(shù)組合應(yīng)用可形成良好技術(shù)互補，超聲相控陣主要完成缺陷平面定位、長度定量及全域掃查成像，TOFD技術(shù)精準實現(xiàn)缺陷高度定量檢測，可覆蓋風電塔筒焊縫全厚度檢測范圍，大幅降低漏檢、誤檢風險。
三、技術(shù)優(yōu)勢與局限性
結(jié)合行業(yè)實際應(yīng)用場景，超聲相控陣與TOFD技術(shù)組合應(yīng)用于風電塔筒無損檢測，具備多重核心應(yīng)用優(yōu)勢：一是缺陷檢出穩(wěn)定性強，對塔筒焊縫內(nèi)部各類體積型、面型缺陷的適配性高，可有效識別微小埋藏缺陷，整體缺陷檢出能力遠優(yōu)于傳統(tǒng)單一檢測技術(shù)；二是定量檢測精度高，可精準判定缺陷長度、高度、位置等核心參數(shù)，檢測數(shù)據(jù)可作為塔筒結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估、剩余壽命預判的核心依據(jù)；三是作業(yè)安全性與效率高，全程無電離輻射危害，無需特殊防護作業(yè)環(huán)境，可適配野外、高空等復雜風電作業(yè)場景，檢測流程簡潔、無需暗室處理，有效縮短檢測周期，且可在機組不停機或短時停機狀態(tài)下完成檢測，減少風電場發(fā)電損失。
同時，該技術(shù)組合在實際應(yīng)用中存在一定局限性：一是對檢測工件表面耦合條件要求較高，塔筒表面防腐層、銹蝕、污漬過厚時，會影響超聲波傳播效果，需提前做好表面打磨清理；二是針對大壁厚風電塔筒，超聲波聲衰減現(xiàn)象明顯，需適配對應(yīng)低頻專用探頭、優(yōu)化檢測工藝，才能保障檢測精度；三是技術(shù)性較強，檢測人員需系統(tǒng)掌握兩種技術(shù)的設(shè)備操作、工藝設(shè)置、缺陷判讀技能，相較于傳統(tǒng)檢測技術(shù)，人員技能門檻更高。
四、技術(shù)標準與規(guī)范要求
目前國內(nèi)風電塔筒焊縫超聲相控陣與TOFD組合檢測，已形成完善的行業(yè)、*規(guī)范體系，核心適用標準如下：電力行業(yè)標準DL/T 2045-2019《風電塔筒焊縫無損檢測 超聲檢測》，專門針對風電塔筒焊縫超聲檢測制定規(guī)范，明確了超聲相控陣、TOFD技術(shù)的適用范圍、檢測工藝要求、靈敏度指標及焊縫驗收等級，統(tǒng)一了風電塔筒焊縫超聲檢測的核心技術(shù)要求；*標準GB/T 32563-2016《無損檢測 超聲相控陣檢測方法》，規(guī)范了通用超聲相控陣檢測的儀器性能、探頭參數(shù)、掃查方式、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果評定準則，為風電塔筒專項檢測提供通用技術(shù)支撐；國內(nèi)風電塔筒在役檢測、出廠驗收檢測均嚴格遵循上述兩項核心標準，保障檢測結(jié)果的規(guī)范性、準確性與可追溯性。
五、應(yīng)用場景與選型建議
超聲相控陣與TOFD組合檢測技術(shù)，全面覆蓋風電塔筒全生命周期檢測場景，核心應(yīng)用分為三類：一是塔筒制造出廠驗收場景，對塔筒環(huán)縫、縱縫、法蘭對接縫開展全厚度無損檢測，可替代部分傳統(tǒng)射線檢測工序，規(guī)避輻射作業(yè)風險，簡化出廠檢測流程、縮短交付周期；二是在役塔筒常態(tài)化運維檢測場景，適配山地、海上等高空、野外復雜作業(yè)環(huán)境，現(xiàn)場可快速完成數(shù)據(jù)采集、缺陷初步判讀，無需后期暗室處理，大幅縮短高空作業(yè)時長，提升運維安全性；三是塔筒故障診斷復核場景，當塔筒出現(xiàn)運行振動異常、防腐層大面積開裂、基礎(chǔ)沉降等異常工況時，可快速排查焊縫內(nèi)部缺陷，精準判定缺陷類型、尺寸及擴展風險，為運維整改、設(shè)備檢修、安全評估提供核心數(shù)據(jù)支撐。
結(jié)合風電檢測行業(yè)招標采購及設(shè)備選型需求，該檢測技術(shù)及配套設(shè)備可參考以下核心配置要求：一是超聲相控陣主機需具備多通道成像能力，支持動態(tài)聚焦、聲束自適應(yīng)偏轉(zhuǎn)功能，可實現(xiàn)B掃、S掃、C掃多維度成像，滿足塔筒曲面焊縫全覆蓋掃查需求；二是TOFD檢測模塊需具備高時間分辨率，保障缺陷高度定量檢測精度，適配厚壁塔筒焊縫檢測工況；三是配套掃查工裝需適配常規(guī)風電塔筒曲面尺寸，配備磁吸固定、防滑防護結(jié)構(gòu)，設(shè)備整體防護等級適配野外、高空、潮濕鹽霧等復雜作業(yè)環(huán)境；四是檢測數(shù)據(jù)格式、檢測流程、缺陷評定標準需符合DL/T 2045-2019等行業(yè)規(guī)范，檢測數(shù)據(jù)可追溯、可歸檔，支持接入風電場智慧運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準化管理。
六、技術(shù)發(fā)展趨勢與展望
隨著風電行業(yè)智能化運維轉(zhuǎn)型升級，超聲相控陣與TOFD組合檢測技術(shù)正朝著自動化、智能化、高效化方向迭代升級。一是自動化檢測裝備融合應(yīng)用，爬壁機器人、自適應(yīng)掃查設(shè)備逐步與雙技術(shù)檢測探頭結(jié)合，可實現(xiàn)塔筒焊縫全自動掃查、無人化高空作業(yè)，規(guī)避人工高空作業(yè)風險，大幅提升檢測效率與掃查均勻性；二是AI智能缺陷判讀技術(shù)深度落地，依托海量風電塔筒焊縫缺陷樣本數(shù)據(jù)庫，通過人工智能算法實現(xiàn)缺陷自動識別、分類、評級，有效降低人工判讀誤差，減少對檢測人員經(jīng)驗的依賴，提升缺陷判定標準化程度；三是數(shù)字化運維體系融合，依托無線數(shù)據(jù)傳輸、云端數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)實時上傳、遠程研判、在線評估，同步生成檢測報告及運維整改建議，縮短風電塔筒故障響應(yīng)與處置周期，助力風電運維數(shù)字化、智能化升級。
