摘要：使用风机塔筒焊缝扫查机器人进行焊缝检测，不需要停机作业，不需要搭建支架平台，降低检测人员的高空作业风险。机器人可以对塔筒焊缝进行快速、定期检测，对危害性大的表面开口型缺陷检出效率高，提前发现缺陷，避免故障等不可逆风险的发生。

关键词：风机塔筒焊缝；智能机器人；自动检测技术

引言：对于风机塔筒焊缝，基于人工检测焊缝缺陷存在效率低下且有较高人身安全隐患的问题，使用风机塔筒焊缝缺陷扫查机器人对焊缝进行自动化检测，检测人员可远距离操作遥控器，不需要使用吊篮进行人工检测，无人员高空作业，降低风险隐患。

1.基于风机塔筒焊缝智能机器人自动检测技术应用存在的主要问题

1.1缺陷情况

风机塔筒主要通过卷板焊接成筒再由多筒分段焊接而成。焊缝是塔筒的力学性能薄弱区域，在复杂载荷和大气腐蚀等多因素作用下，易形成焊缝区域腐蚀和裂纹等缺陷，严重威胁塔筒结构健康状态，是在役风机塔筒运行中的重大安全隐患。为了能够有效避免此类事故发生，在焊缝存在早期较小缺陷扩展前，及时检测发现，为设备运维修复提供充足的准备时间，跟踪缺陷扩展情况及时采取有效措施，避免缺陷劣化严重后被发现，长时间停机待修而造成的电量损失，因此采取安全可靠的检测方式，提前检测出塔筒焊缝缺陷隐患尤为重要。

1.2影响设备可靠性的问题

塔筒焊缝缺陷主要形式包括：金属冷却过速所导致的气孔缺陷；焊条对准部位不正确所导致的咬边缺陷；焊条摆动过宽导致的夹渣缺陷；焊缝设计及组合不正确导致焊接处未焊透的缺陷；应力过大或者达到最大疲劳强度所导致的裂纹、变形等缺陷。这些缺陷都有可能对在役风机运行期间造成安全隐患，需要提前发现并及时跟踪处理。

1.3系统配置与偏差

通过使用机器人对风机塔筒焊缝进行全面、细致检测能够提前发现安全隐患，提前制定消缺计划和解决措施，保证风电机组稳定可靠运行，消除人工检测存在的风险隐患，且在检测期间无需停机，不影响机组发电量。

1.4改善劳动环境和条件等

对于风机塔筒焊缝，基于人工检测焊缝缺陷存在效率低下且有较高人身安全隐患的问题，使用风机塔筒焊缝缺陷扫查机器人对焊缝进行自动化检测，检测人员可远距离操作遥控器，不需要使用吊篮进行人工检测，无人员高空作业，降低风险隐患。

2. 基于风机塔筒焊缝智能机器人自动检测技术目标

通过对风机塔筒焊缝智能机器人自动检测技术研究，适用于风电场风电机组每年定期开展塔筒焊缝检测工作、不用人工登高作业、不使用吊篮作业、能够检出复杂几何形貌焊缝中多类型缺陷的检测方法和技术，为风机塔筒焊缝缺陷无损、快速检测提供科学手段。

2.1利用漏磁原理对在役风机塔筒焊缝进行自动化检测

搭载漏磁检测阵列传感器，沿塔筒焊缝进行自动循迹扫查，实现缺陷的检出定位，对于铁磁性材料，采用磁测原理检测，较其他检测方法具有更高的缺陷检出灵敏度，为在役风机塔筒焊缝健康状态评价提供一种快速有效的检测手段。

塔筒焊缝检测机器人包括以下内容：

（1）连续工作时长大于等于2小时；

（2）可连续检测焊缝长度大于等于500米；

（3）检测速度0-5m/min可控；

（4）可攀爬角度0-90°；

（5）无线通信距离大于等于100米。

检测要求：

（1）可检测出表面开口型缺陷；如裂纹、气孔等；

（2）涂层下可检测最小裂纹缺陷尺寸0.5mm；

（3）涂层下可检测最小孔洞缺陷尺寸φ2mm；

（4）涂层下横向分辨率不小于2mm。

2.2风机塔筒焊缝智能机器人检测

风机塔筒焊缝智能机器人检测过程中，不需要停机，不需要搭建支架平台，不使用吊篮，降低检测人员的高空作业风险。机器人可以对塔筒焊缝进行快速、定期检测，提前发现缺陷，避免故障等不可逆风险的发生，以指导适时安排维修，为风机的科学运维提供重要的基础数据支撑。

3.基于风机塔筒焊缝智能机器人自动检测技术应用方法

3.1风电场部署塔筒焊缝扫查技术

对于铁磁性材料采用磁测原理检测，具有更高的缺陷检出灵敏度；其利用永磁体与风机塔筒外壁间的强大吸附力通过橡胶高摩擦系数轮将机器人附着在塔筒壁面上，从而使机器人具有爬行的能力，并且不伤漆面；风机塔筒攀爬机器人可以替代人工在高空环境下作业，保障人员的安全，通过安全绳牵引的方式，也可为机器人提供安全保障。可以在不停机的工况下，对塔筒焊缝进行快速、定期检测，提前发现缺陷，避免故障等不可逆风险的发生，以指导适时安排维修，为风机的科学运维提供重要的基础数据支撑。

步进电机的操控依赖于NI PXI-7340运动控制模块。十六通道的TMR阵列借助稳定的5V直流电源获得能量。TMR2705芯片具备差动输出特性，能够生成两个反向且幅值相等的信号，因此专门定制了拥有32个通道的数据采集卡。漏磁场与磁扰动感应器通过雷莫连接器把TMR阵列的多通道信号传送至数据采集卡，该卡能够捕获频率低于100赫兹的缺陷信号，其采样频率定为1000赫兹，确保了采样的充分性，避免了信号的遗漏。

数据采集卡通过USB2.0接口与计算机建立通信链路，该接口的最大传输速率能够达到480兆比特每秒，足以应对数据传输的要求。计算机端采用LabVIEW环境开发了漏磁与磁扰动信号的检测程序，该程序具备信号展示和数据存储等实用功能。

在实验阶段，将磁泄漏或磁场干扰的传感器安装在三轴可移动平台上，通过调整运动控制器确保传感器的扫描速率恒定在每秒10毫米上下，从左向右进行逐行扫描。此外，运用带通型数字滤波器对多通道的磁泄漏与磁场干扰扫描数据进行后期信号处理，以消除直流偏移和较高频段的噪声，滤波器的通带设定为1赫兹至100赫兹。

3.2搭载超声波探头的检测技术

磁通泄漏及磁场干扰的信号波峰至波谷的幅度与裂纹的宽度、裂纹的倾斜角度、圆形孔洞的直径以及圆形孔洞的深度存在正向的关联性。在检测极限内，这两种信号的波峰至波谷的幅度随着裂纹宽度和裂纹倾斜角度的扩大而呈直线增长。对于磁通泄漏信号波峰至波谷的幅度，其椭圆形孔洞深度的变化可以通过线性函数来近似描述，而磁场干扰信号的波峰至波谷幅度则更适合用指数函数来拟合。

使用搭载超声波探头的检测机器人，机器人车轮可以在磁吸力作用下，吸附在塔筒表面沿焊缝行走，利用超声波检测技术对焊缝进行检测；机器人需携带为检测部位施加耦合剂的软管，利用压力泵将耦合剂挤出至超声波探头处进行耦合，利用探头移动支架使探头沿检测方向移动，以达到锯齿形扫查的检测要求；该方案无需人员登高作业。通过检测可以及时发现焊缝内部存在的缺陷隐患。该方案所使用的检测机器人不需要搭建支架平台，降低检测人员的高空作业风险，可以检测出焊缝内部缺陷，但检测过程中探头需要做锯齿形扫查，检测速度慢、效率低；利用超声波检测原理对焊缝进行检测，需要学习超声检测的相关知识。

结束语：

风机塔筒主要通过卷板焊接成筒再由多筒分段焊接而成。焊缝是塔筒的力学性能薄弱区域，在复杂载荷和大气腐蚀等多因素作用下，易形成焊缝区域腐蚀和裂纹等缺陷，严重威胁塔筒结构健康状态，是在役风机塔筒运行中的重大安全隐患。为了能够有效避免此类事故发生，在焊缝存在早期较小缺陷扩展前，及时检测发现，为设备运维修复提供充足的准备时间，跟踪缺陷扩展情况及时采取有效措施，避免缺陷劣化严重后被发现，长时间停机待修而造成的电量损失，因此采取安全可靠的检测方式，提前检测出塔筒焊缝缺陷隐患尤为重要。

参考文献：

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