吳 迪，董 偉，孟 宇，聶曉波

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)作為高壓電氣設(shè)備，其故障率只有常規(guī)設(shè)備的20%～40%，由于其占地面積小、可靠性高、安全性好、安裝周期短等優(yōu)點(diǎn)[1]，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到輸變電工程中。但GIS外殼焊縫存在缺陷將導(dǎo)致SF6氣體泄漏和外部水分滲入，降低設(shè)備的絕緣性能[2]，影響設(shè)備和輸變電線路安全運(yùn)行。因此，對GIS外殼焊縫進(jìn)行檢測，對于設(shè)備的安全運(yùn)行有著重大意義。

超聲波衍射時(shí)差法(TOFD)是一種依靠被檢材料內(nèi)部缺陷端點(diǎn)處得到的衍射能量來檢測缺陷的方法，具有檢測速度快、檢測結(jié)果可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鋼材焊縫檢測領(lǐng)域。近年來已將TOFD法應(yīng)用于厚板鋁合金焊縫檢測[3-4]，并討論TOFD法對變電站設(shè)備焊縫檢測的適用性[5]。以往研究的試驗(yàn)檢測對象都是鋁材平板對接焊縫，實(shí)際上GIS外殼并非平板，其焊縫兩側(cè)母材存在一定弧度。本文使用帶有弧度的鋁合金試板模擬實(shí)際GIS外殼，通過TOFD法對縱焊縫進(jìn)行檢測。

1 TOFD法檢測基本原理

TOFD法檢測是利用被檢工件內(nèi)部缺陷端點(diǎn)的衍射波信號檢測缺陷的一種超聲波檢測方法。該方法檢測原理見圖1，由1個(gè)超聲波發(fā)射探頭和1個(gè)接收探頭組成[6]，超聲波發(fā)射探頭發(fā)射脈沖后，第1個(gè)到達(dá)接收探頭的信號是在被檢工件表面下傳播的直通波A；如果沒有缺陷，第2個(gè)到達(dá)接收探頭的信號是被檢工件的底波D；如果有缺陷，那么缺陷上端點(diǎn)B和下端點(diǎn)C的回波會先于底波D到達(dá)接收探頭。檢測過程中，由于直通波A和底波D始終存在，觀察二者之間是否有缺陷衍射波，就可以判斷被檢工件內(nèi)部是否存在缺陷。

圖1 TOFD法檢測原理圖

2 檢測過程和結(jié)果

2.1 檢測對象

根據(jù)GIS設(shè)備實(shí)際情況，選用3塊圓弧鋁板的縱焊縫作為檢測對象，如圖2所示。鋁板規(guī)格為400 mm×300 mm×8 mm，半徑為25 mm。

圖2 試驗(yàn)檢測對象

3塊鋁板的縱焊縫內(nèi)部均存在點(diǎn)狀缺陷和線型缺陷2種，具體缺陷情況見表1。

表1 鋁板縱焊縫缺陷

2.2 檢測參數(shù)設(shè)置

研究表明，使用TOFD法檢測鋁合金薄板焊縫時(shí)，為了得到接近實(shí)際情況的檢測結(jié)果，應(yīng)對10 MHz的探頭和角度為70°的楔塊進(jìn)行檢測[7]。經(jīng)計(jì)算，探頭間距為15.4 mm時(shí)，探頭中夾角為120°，可以獲得最佳衍射效果，最有利于發(fā)現(xiàn)缺陷。

2.3 檢測結(jié)果

分別對3塊鋁板的縱焊縫進(jìn)行檢查，結(jié)果如圖3—圖5所示。

圖3 1號鋁板檢測結(jié)果

圖4 2號鋁板檢測結(jié)果

圖5 3號鋁板檢測結(jié)果

使用TOFD分析軟件對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行測量，結(jié)果如表2所示。

表2 焊縫缺陷測量結(jié)果

通過對比表1和表2可知，實(shí)際檢測過程發(fā)現(xiàn)了6處缺陷，只在部分缺陷的長度和深度方面略有偏差。

3 結(jié)論

a. 使用TOFD法對帶有弧度的鋁板縱焊縫進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性，可將TOFD法應(yīng)用于GIS筒體縱焊縫檢測。

b. 在對薄鋁板進(jìn)行TOFD檢測時(shí)，應(yīng)根據(jù)壁厚選擇高頻率探頭和大角度楔塊，同時(shí)還應(yīng)準(zhǔn)確設(shè)置探頭間距，才能有效檢測出焊縫缺陷。

c. 1號和3號鋁板檢測結(jié)果表明，薄鋁板的根部點(diǎn)狀缺陷，不僅在底波處有缺陷顯示，也會在上表面的直通波處有缺陷顯示。這對于薄鋁板焊縫根部點(diǎn)狀缺陷的檢測具有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 剛 鐵，徐 艷，遲大釗，等.鋁合金焊縫超聲TOFD檢測的信號特征[J].焊接學(xué)報(bào)，2005, 26(8):1-4.

[4] 遲大釗，剛 鐵，袁 媛，等.面狀缺陷超聲TOFD法信號和圖像的特征與識別[J].焊接學(xué)報(bào)，2005, 26(11):1-4.

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[7] 李 衍.薄板試件的超聲TOFD法缺陷定量和成像[J].無損探傷，2005,29(5):1-5.