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在风电机组的整个寿命周期中，塔筒作为其主要承力部件，长期承受来自机组的交变载荷，连接机组各部件的螺栓及塔筒焊缝是否具有优良的抗疲劳性能，是防止塔筒或机组严重损坏，甚至发生塔筒倒塌事故的有力保证。
机组在运行过程中，焊缝、螺栓的工作环境比较恶劣，受力复杂，随着使用年限的增加，极易出现松动、裂纹等缺陷，当这些缺陷发展到一定程度时，将严重影响机组的运行安全。考虑到焊缝、螺栓连接的可靠性直接影响整个机组的可靠性和使用寿命，因此需要定期对焊缝、螺栓缺陷进行检测，及早发现裂纹缺陷，及时更换、维修，将隐患消灭在萌芽状态。
同时，我国较早安装的风力发电机组寿命已逐渐到期，需要对其现龄及延寿结构健康状况进行评估。作为重要的承重结构，塔筒焊缝及机组螺栓的健康状况也是机组延寿评估过程中的重要环节。对此，建恒认证中心在其制定的CGC/GF 149:2020《风力发电机延寿技术规范》中对塔筒焊缝及机组连接螺栓的延寿检验提出了相关要求。
1 常见的无损检测方法
目前风电行业在役机组塔筒焊缝及螺栓常见的无损检测方法有：
1）磁粉探伤
通过在缺陷附近的漏磁场中聚集磁粉来检测铁磁性材料表面或近表面缺陷的无损检测方法。将钢等磁性材料制成的工件磁化，利用缺陷部位的漏磁能吸收磁粉，根据磁粉的分布显示出检测对象的表面缺陷和近表面缺陷的一种探伤方法。
2）超声波探伤
声源产生超声波，以一定的方式进入工件，超声波在工件内传播并与工件材料、工件内部缺陷相互作用，使传播方向或特性发生改变，改变后的超声波被检测设备接收，并进行处理和分析，根据接收到的超声波的特性，判断工件本身及其内部是否存在缺陷以及缺陷的特征。
3）超声相控阵
该方法与常规超声波检测原理相似，都是基于脉冲反射的原理。与常规超声波探伤相比，其优点是：
l 相控阵超声通过顺序激励探头使超声波偏转，以一定的角度进行扫描。在扫查焊缝时钢结构高强螺栓检测，相控阵不需要锯齿状扫描，只需沿焊缝移动探头即可。在扫查锻件时，比常规扫描扫描范围更广，检测效率更高。同时不易漏检工件，提高了检测的准确性和可靠性。
l 相控阵超声通过顺序激励探头，可以产生超声聚焦，而常规超声一般不会产生超声聚焦（聚焦探头除外），因此可以克服超声近场区域对工件检测的干扰，从而使相控阵探头能够有效检测较薄的工件。
相控阵检测同时具有B扫、S扫、C扫功能，使缺陷显示直观、清晰。可根据B扫、S扫、C扫的不同颜色判断工件的缺陷，方便评估工件内部缺陷当量。常规超声波只能通过波形的高度来区分缺陷当量。
2 塔焊缝无损检测
2.1 磁粉检测解决方案
2.1.1 检验水平
塔焊缝质量分级按表1进行：
表1 焊接接头质量分级
其余零件质量分级按表2进行：
表2 焊接接头质量分级
2.1.2 检测要点
1）采用接触法对工件进行部分磁化时，点击间距应控制在75mm~200mm之间，有效检测宽度为接触中心线两侧1/4极距。
2）检测时通电时间不宜过长，并应保持电极与工件的良好接触，避免烧坏工件。
3) 两个磁化区域之间的磁化重叠度应不小于10%。
4)工件被检区域表面及至少25mm范围内的相邻区域表面应干燥，不得有油脂、污垢、铁锈、氧化皮、纤维碎屑、焊剂、焊接飞溅物或其他粘附磁粉的物质；表面的不规则状态不得影响检测结果的准确性和完整性，否则应进行适当的修复。修复后的被检工件表面粗糙度应为Ra≤25μm。
5)被检工件表面有非磁性覆盖层时，若能保证覆盖层厚度不超过0.05mm，且经检测单位（或机构）技术负责人同意，并通过标准试件验证不影响磁痕显示，可带覆盖层进行磁粉探伤，并将验证数据归档保存。
2.2超声波探伤方案
2.2.2 检验水平
根据质量要求，焊缝超声波检验等级分为A、B、C三个等级，检验等级最低，B一般，C最高。检验工作难度系数按A、B、C的顺序逐级递增。检验等级应根据工件的材料、结构、焊接方法、使用条件、载荷等合理选择。检验等级应根据产品技术规范和有关规定选择或经双方合同协商选择。
A、B、C三个检测等级是有区别的，其探头类型、面数、边数、板材厚度等方面的差异简列于表3：
表3 检查等级差异
2.2.3 关键点检测
a) 探头运动区域应清洁，无油脂等外界杂质。检测面应平整、光滑，以利于探头自由扫查，表面粗糙度不大于6.3μm，必要时应抛光。焊缝及检测表面经外观检查合格并符合上述要求后，方可进行超声波探伤；
b) 探伤工程师在检测前应了解被检工件的材质、结构、厚度、焊接方法、焊缝类型、坡口形式、焊缝余高等情况;
c) 探测灵敏度不应低于考核线灵敏度；
d) 扫查速度不应大于150 mm/s,相邻两次探头移动的间隔应保证探头宽度至少有10%的重叠;
3.螺栓无损检测
高强度螺栓为无孔刚性螺栓，其裂纹波形特点是波形清晰、陡峭、锐利，一般位于接头面附近1～2个螺纹处。对于较大的裂纹，底部波明显减弱甚至消失，靠近裂纹波处的螺纹因受裂纹的阻碍而消失或减弱。
3.1常规超声波探伤方案要点
a) 高强度螺栓两侧应清除油污及其他外界杂质，检查面应打磨，其表面粗糙度不大于6.3μm。
b) 检测前，无损检测工程师应了解被检工件的材质、高度等，并进行宏观检查，确保合格。
c)螺栓的检查区域应覆盖螺栓的整个体积，并重点检查应力集中区域，例如靠近连接面的一至三个螺纹根部（如图4中区域a所示）、靠近咬边处（区域b）以及两区域之间应力较大的区域（区域c）。
图4 螺栓检查的关键应力区域
3.2 相控阵超声波探伤解决方案
超声相控阵常用线性扫描和扇形扫描，有效地克服了内部缺陷方位对检测结果的影响。图5和图6分别是相控阵超声探伤操作和检测结果。
图5 无中心孔刚性螺栓纵波探伤
图6 从左到右，螺栓无裂纹、有裂纹、有一条深2mm的裂纹。
4.检测周期及比例
按照一般标准，焊缝及螺栓的抽样比例可参考GB/T2828-2012《计数抽样检验规程》中一般Ⅱ类，同时GBT 20319-2017《风力发电机组验收规范》规定螺栓预紧力的抽样比例为10%，可参考。
建议检查周期为每年一次。如发现螺栓损坏，应增加周边螺栓的检查频率。
5. 结论
随着风电机组使用年限的延长，作为承载结构的螺栓、塔筒焊缝发生疲劳损伤的风险越来越大。同时，我国较早安装运行的风电机组即将进入设计寿命后期，需要进行延寿评估，确定是否可以继续使用。因此对螺栓、塔筒焊缝进行无损检测显得尤为重要。
本文介绍了行业内常见的无损检测方法，并对检测中的关键问题进行了探讨。由于目前风电行业的无损检测多借鉴其他行业的检测标准和规范，因此有必要通过大量的检测实践，提出一套适合风电行业的无损检测要求和标准。
《风电机组延寿技术规范》发布后，建恒股份针对风电机组基本运行疲劳损伤及检测、叶片检测等模块的特殊技术要求进行了探讨。未来还将探讨：延寿检测、外界条件分析、运行状态分析、模型建立方法、寿命计算方法、延寿与技术改造等。
