TOFD法檢測GIS筒體縱焊縫研究

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)作為高壓電氣設備，其故障率只有常規設備的20%～40%，由于其占地面積小、可靠性高、安全性好、安裝周期短等優點[1]，已經被廣泛應用到輸變電工程中。但GIS外殼焊縫存在缺陷將導致SF6氣體泄漏和外部水分滲入，降低設備的絕緣性能[2]，影響設備和輸變電線路安全運行。因此，對GIS外殼焊縫進行檢測，對于設備的安全運行有著重大意義。

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

1 TOFD法檢測基本原理

TOFD法檢測是利用被檢工件內部缺陷端點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個超聲波發射探頭和1個接收探頭組成[6]，超聲波發射探頭發射脈沖后，第1個到達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個到達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B和下端點C的回波會先于底波D到達接收探頭。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部是否存在缺陷。

圖1 TOFD法檢測原理圖

2 檢測過程和結果

2.1 檢測對象

根據GIS設備實際情況，選用3塊圓弧鋁板的縱焊縫作為檢測對象，如圖2所示。鋁板規格為400 mm×300 mm×8 mm，半徑為25 mm。

圖2 試驗檢測對象

3塊鋁板的縱焊縫內部均存在點狀缺陷和線型缺陷2種，具體缺陷情況見表1。

表1 鋁板縱焊縫缺陷

2.2 檢測參數設置

研究表明，使用TOFD法檢測鋁合金薄板焊縫時，為了得到接近實際情況的檢測結果，應對10 MHz的探頭和角度為70°的楔塊進行檢測[7]。經計算，探頭間距為15.4 mm時，探頭中夾角為120°，可以獲得最佳衍射效果，最有利于發現缺陷。

2.3 檢測結果

分別對3塊鋁板的縱焊縫進行檢查，結果如圖3—圖5所示。

圖3 1號鋁板檢測結果

圖4 2號鋁板檢測結果

圖5 3號鋁板檢測結果

使用TOFD分析軟件對發現的缺陷進行測量，結果如表2所示。

表2 焊縫缺陷測量結果

通過對比表1和表2可知，實際檢測過程發現了6處缺陷，只在部分缺陷的長度和深度方面略有偏差。

3 結論

a. 使用TOFD法對帶有弧度的鋁板縱焊縫進行檢測，檢測結果具有較高的準確性，可將TOFD法應用于GIS筒體縱焊縫檢測。

b. 在對薄鋁板進行TOFD檢測時，應根據壁厚選擇高頻率探頭和大角度楔塊，同時還應準確設置探頭間距，才能有效檢測出焊縫缺陷。

c. 1號和3號鋁板檢測結果表明，薄鋁板的根部點狀缺陷，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狀缺陷的檢測具有一定指導意義。

參考文獻：

[1] 張智軍.GIS設備的運行維護[J].東北電力技術,2009,30(7):24-26,36.

[2] 田 鵬，李付永.GIS設備漏氣現場處理工藝[J].東北電力技術,2007,28(8):35-37.

[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].焊接學報，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].焊接學報，2005, 26(11):1-4.

[5] 韓凝暉，包樂慶，王國俊.特高壓變電站主設備焊縫衍射時差法檢測適應性分析[J].電力建設，2015,36(6):84-88.

[6] 李 衍.焊縫超聲TOFD法探傷和定量新技術[J].無損探傷，2003,27(5):5-9.

[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.