無(wú)損檢測(cè)在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用

院秀芝　齊帆

【摘 要】風(fēng)電葉片在生產(chǎn)與運(yùn)輸、安裝的過(guò)程中會(huì)因操作不當(dāng)而產(chǎn)生缺陷，這些缺陷不但會(huì)影響葉片的強(qiáng)度和剛度，而且在很大程度上會(huì)影響葉片的使用壽命，但是當(dāng)前大多數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能對(duì)其進(jìn)行有效檢測(cè)，使這些缺陷成為后期事故的隱患。文章從闡述缺陷產(chǎn)生的原因出發(fā)，對(duì)風(fēng)電葉片的無(wú)損缺陷檢測(cè)的主要方法進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)介紹了超聲波檢測(cè)和熱成像檢測(cè)的原理、方法、過(guò)程與注意事項(xiàng)，并進(jìn)一步比較了兩者在檢測(cè)風(fēng)電葉片領(lǐng)域的應(yīng)用與優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)指導(dǎo)風(fēng)電葉片的無(wú)損檢測(cè)、延長(zhǎng)其使用壽命有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】超聲波檢測(cè)；熱成像檢測(cè)；風(fēng)電葉

【中圖分類號(hào)】TG115.285 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）04-0151-02

風(fēng)電葉片是以樹(shù)脂為基體，玻璃纖維布為增強(qiáng)體，真空灌注而成的一種復(fù)合材料產(chǎn)品，殼體區(qū)域還會(huì)填充一些Balsa及PVC，同時(shí)接縫區(qū)域采用膠粘劑黏接而成。從宏觀角度看，風(fēng)電葉片主要由2個(gè)部分組成，即殼體與腹板，其中腹板與殼體之間的黏接，以及殼體自身的前緣、后緣黏接對(duì)葉片的結(jié)構(gòu)都起到了非常重要的作用。目前，風(fēng)電行業(yè)對(duì)葉片黏接區(qū)域的檢測(cè)主要涉及腹板黏接區(qū)域檢測(cè)，受到多種因素的影響，以及葉片前、后緣結(jié)構(gòu)的特殊性，目前葉片廠家利用超聲波對(duì)前緣、后緣黏接質(zhì)量的檢測(cè)較少。

1 葉片易發(fā)生缺陷的類型

1.1 生產(chǎn)制造類缺陷

風(fēng)電葉片目前自動(dòng)化程度低，更多的是依靠手工作業(yè)，制作過(guò)程的操作細(xì)節(jié)決定了葉片質(zhì)量的優(yōu)劣。雖然當(dāng)前風(fēng)電葉片的制造工藝均從傳統(tǒng)的手糊袋壓更改為真空灌注，在很大程度上減少了人為因素的影響。但是，每一層纖維布的鋪設(shè)、樹(shù)脂的灌注過(guò)程與方法、黏接界面的處理及膠粘劑的刮涂等，都需要手工完成。如果操作人員操作不熟練，同時(shí)缺少過(guò)程控制，就會(huì)導(dǎo)致很多常見(jiàn)的缺陷產(chǎn)生，如纖維布褶皺、分層、干纖維、氣泡、黏接寬度不足及缺膠等。葉片缺陷很多屬于隱蔽工程，成型后較難發(fā)現(xiàn)，但都在一定程度上對(duì)葉片的強(qiáng)度和剛度造成了影響。

1.2 轉(zhuǎn)運(yùn)損傷缺陷

風(fēng)電葉片尺寸由早期的20 m以下逐漸發(fā)展到40 m左右、50 m以上，甚至達(dá)到目前的70～80 m，長(zhǎng)度、寬度、高度“三超”，運(yùn)輸、安裝的操作不當(dāng)都會(huì)造成沖擊損傷。通常情況下，葉片受到鈍物撞擊，表面并不會(huì)出現(xiàn)明顯的傷痕，但葉片的結(jié)構(gòu)部分可能已經(jīng)受到損傷，如玻璃鋼的分層破壞。此類缺陷很難發(fā)現(xiàn)，如果帶病運(yùn)行，則會(huì)埋下隱患，影響葉片的使用壽命。

1.3 運(yùn)行出現(xiàn)缺陷

葉片運(yùn)行是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，20年的壽命周期是一個(gè)很漫長(zhǎng)的過(guò)程，在此過(guò)程中，葉片運(yùn)行環(huán)境不斷變化，啟動(dòng)、加速、勻速、減速、停機(jī)等動(dòng)作不斷地重復(fù)，且存在外部自然條件的干擾，諸如雷電、風(fēng)霜、冰雪等。在此環(huán)境條件下，葉片隨著承受載荷的不斷累加，微小的缺陷也會(huì)不斷地?cái)U(kuò)大，逐步影響葉片的使用。

2 超聲波檢測(cè)在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用

2.1 檢測(cè)設(shè)備與原理

目前，風(fēng)電葉片無(wú)損檢測(cè)中使用的超聲波檢測(cè)設(shè)備主要為常規(guī)超聲設(shè)備Epoch600或650，利用此設(shè)備做檢測(cè)，葉片用復(fù)合材料介質(zhì)不像金屬般均勻，聲波傳播差異性大，這也為超聲波在風(fēng)電葉片無(wú)損檢測(cè)方面的應(yīng)用提供了可能。

目前，通過(guò)超聲波檢測(cè)的方式能夠檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷包括葉片復(fù)合材料中的分層，以及脫粘、缺膠、氣泡、褶皺等缺陷。

2.2 檢測(cè)設(shè)備標(biāo)定

模擬筋板實(shí)際黏接情況制作樣塊，厚度為21 mm，設(shè)計(jì)3處黏接缺陷，第一處為5 cm×3 cm，第二處為4 cm×3 cm，第三處為φ2 cm的圓形缺陷。

（1）調(diào)節(jié)設(shè)備聲速，使得儀器檢測(cè)的工件厚度與實(shí)際厚度一致。

（2）在工件上掃查，能夠準(zhǔn)確地將3處缺陷的位置及尺寸檢測(cè)出來(lái)。

設(shè)備在滿足以上2點(diǎn)之后，說(shuō)明標(biāo)定合格，方可到葉片上進(jìn)行檢測(cè)。此外，設(shè)備每次使用前需要標(biāo)定，標(biāo)定記錄每周記錄一次。

2.3 檢測(cè)方法

先沿著葉片弦向掃查，確定La處前后緣筋板黏接寬度，再以此方法確定Lb處前后緣筋板黏接寬度，記錄在報(bào)告里，并標(biāo)記在殼體表面，其中La與Lb相隔1 m，在La與Lb之間的區(qū)域做往復(fù)掃查，黏接寬度數(shù)據(jù)不計(jì)入報(bào)告里，掃查路線如圖1箭頭描述方向，其中每2條掃描路線之間的距離d小于15 cm，按照此方法掃描全部筋板黏接區(qū)域。若發(fā)現(xiàn)缺陷，需在缺陷周?chē)雒芗瘨卟?，將缺陷尺寸及位置描述出?lái)，記錄在報(bào)告里。

2.4 超聲波檢測(cè)的應(yīng)用

超聲波檢測(cè)除了可以檢測(cè)玻璃鋼工件厚度外，還可以進(jìn)行膠粘劑黏接空洞檢測(cè)、膠粘劑黏接寬度不足檢測(cè)和其他結(jié)構(gòu)檢測(cè)。

2.4.1 玻璃鋼工件厚度檢測(cè)

檢測(cè)玻璃鋼工件厚度是超聲波最基礎(chǔ)的功能之一，選取一個(gè)階梯樣塊，厚度分別為34 mm、31 mm，利用常規(guī)超聲波設(shè)備Epoch600測(cè)量其厚度，讀取波形顯示測(cè)量厚度分別為33.08 mm、30.48 mm，設(shè)備測(cè)量值與實(shí)際值基本一致，由于復(fù)合材料的特殊性，使得兩者之間存在一定的誤差。

2.4.2 膠粘劑黏接空洞檢測(cè)

超聲檢測(cè)葉片復(fù)合材料膠粘劑空洞：根據(jù)超聲檢測(cè)有膠粘劑黏接時(shí)與未黏接時(shí)波形變化，可檢測(cè)出黏接處的黏接空洞。

2.4.3 膠粘劑黏接寬度不足檢測(cè)

常規(guī)超聲波探頭放在純玻璃鋼區(qū)域時(shí)，波幅達(dá)到80%，到達(dá)黏接區(qū)域時(shí)波幅明顯降低，且會(huì)出現(xiàn)第二個(gè)界面波，此時(shí)在葉片殼體標(biāo)出對(duì)應(yīng)位置，當(dāng)?shù)撞ㄍ蝗挥只氐?0%波高時(shí)，說(shuō)明黏接區(qū)域結(jié)束，在葉片殼體上標(biāo)出對(duì)應(yīng)位置，2個(gè)標(biāo)記之間的距離即為腹板黏接的寬度，再與設(shè)計(jì)的黏接寬度做比較，判斷黏接寬度是否滿足要求。

2.4.4 其他結(jié)構(gòu)檢測(cè)

當(dāng)膠粘劑的厚度超厚或者超薄時(shí)，回波的情況均會(huì)發(fā)生變化；如何準(zhǔn)確地區(qū)分?jǐn)D出膠的寬度，不把擠出膠的寬度算在有效的黏接寬度范圍內(nèi)；以上的結(jié)構(gòu)均已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了回波的情況，在此不再描述。

3 熱成像檢測(cè)在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用

3.1 檢測(cè)設(shè)備與原理

目前，在風(fēng)電葉片無(wú)損檢測(cè)中使用的熱成像設(shè)備主要是FLIRi7型熱成像儀。

熱成像儀檢測(cè)原理是運(yùn)用光電技術(shù)檢測(cè)物體熱輻射的紅外線特定波段信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供視覺(jué)分辨的圖像和圖形，并可以進(jìn)一步計(jì)算出溫度值。

3.2 熱成像檢測(cè)過(guò)程

在某型號(hào)風(fēng)電葉片試驗(yàn)紅外熱成像檢測(cè)筋板SS面黏接效果，試驗(yàn)工序筋板SS已經(jīng)固化。在不同溫度下檢測(cè)均能夠有效、準(zhǔn)確地檢測(cè)出缺陷。

3.3 檢測(cè)時(shí)間段選擇

在筋板SS面填膠時(shí)試驗(yàn)檢測(cè)效果，由于此段時(shí)間膠粘劑與存在的氣泡溫差不明顯，檢測(cè)效果很差。筋板固化升溫后，檢測(cè)效果良好。

4 結(jié)論

超聲波檢測(cè)和熱成像檢測(cè)目前廣泛應(yīng)用在風(fēng)電葉片黏接檢測(cè)中，效果明顯，對(duì)于風(fēng)電葉片質(zhì)量監(jiān)控、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管控具有積極意義。兩者在使用過(guò)程中既有相同的功能，又有不同：對(duì)于筋板SS面黏接檢測(cè)，紅外熱成像比超聲波更具有適用性，風(fēng)電葉片主梁厚度最大達(dá)到50 mm以上，熱成像無(wú)法實(shí)施，因此對(duì)于筋板PS面黏接檢測(cè)，超聲波更具有適用性；紅外熱成像檢測(cè)SS面全部黏接區(qū)域耗時(shí)約0.5 h，而超聲波耗時(shí)約4 h；紅外熱成像檢測(cè)發(fā)現(xiàn)空洞合模過(guò)程即可維修，打孔注膠消耗成本很少，超聲波發(fā)現(xiàn)空洞需開(kāi)窗維修，維修成本高，且存在維修風(fēng)險(xiǎn)；紅外熱成像對(duì)于黏接空洞檢出效果良好，超聲波更適合檢測(cè)筋板黏接寬度。

參 考 文 獻(xiàn)

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[2]張俊哲.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：北京科學(xué)出版社，2010.

[3]岳大皓，李曉麗，張浩軍.風(fēng)電葉片紅外熱波無(wú)損檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究[J].北京紅外技術(shù)，2011，33（10）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]