無(wú)損檢測(cè)在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用

無(wú)損檢測(cè)在風(fēng)電葉片中的

應(yīng)用RevisedbyLiuJingonJanuary12,2021無(wú)損檢測(cè)在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用院秀芝（連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)有限公司，連云港222006）摘要：本文主要介紹無(wú)損檢測(cè)在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用。首先對(duì)葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，并對(duì)闡述生產(chǎn)過(guò)程容易發(fā)生的缺陷，分別介紹超聲波檢測(cè)和熱成像檢測(cè)在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用。超聲波檢測(cè)包括超聲波檢測(cè)的定義、分類(lèi)、優(yōu)缺點(diǎn)等，以及超聲波檢測(cè)在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的應(yīng)用。接下來(lái)本文介紹了風(fēng)電葉片的結(jié)構(gòu)，可能存在的缺陷，以及需要做超聲波檢測(cè)的迫切性。無(wú)損檢測(cè)包括設(shè)備介紹，檢測(cè)過(guò)程介紹以及檢測(cè)時(shí)間選擇。最后本文總結(jié)了超聲波檢測(cè)和熱成像檢測(cè)在風(fēng)電葉片領(lǐng)域應(yīng)用的必要性。關(guān)鍵詞：超聲波檢測(cè)，熱成像檢測(cè)，風(fēng)電葉片第一章風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)介紹1.1風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)介紹風(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)域采用膠粘劑粘接而成。從宏觀角度看風(fēng)電葉片主要由兩部分組成，即殼體與腹板，其中腹板與殼體之間的粘接，以及殼體自身的前緣、后緣粘接對(duì)葉片的結(jié)構(gòu)都起到了非常重要的作用，截面如圖2.1所示:圖1.1目前來(lái)說(shuō)風(fēng)電行業(yè)對(duì)葉片粘接區(qū)域的檢測(cè)主要涉及腹板粘接區(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、后緣粘接質(zhì)量的檢測(cè)較少。2風(fēng)電葉片的主要缺陷種類(lèi)1.2.1生產(chǎn)制作缺陷風(fēng)電葉片的生產(chǎn)是一個(gè)細(xì)節(jié)控制的過(guò)程，細(xì)節(jié)控制直接決定了葉片的好壞。目前國(guó)內(nèi)外風(fēng)電葉片的生產(chǎn)，基本由傳統(tǒng)的手糊制作改為了真空灌注，這在很大程度上減少了因人為操作失誤引起的缺陷。但是，諸如纖維布的鋪放，樹(shù)脂的灌注固化葉片粘接面的處理以及粘接劑的刮涂等操作，仍需要手工完成，因而常會(huì)有操作不當(dāng)和質(zhì)量監(jiān)督不嚴(yán)，導(dǎo)致葉片出現(xiàn)纖維布褶皺，分層，干纖維，氣泡，粘接寬度不足以及缺膠等缺陷。對(duì)于葉片在生產(chǎn)制造過(guò)程中殘余的缺陷，當(dāng)前大多數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能有效檢測(cè)，而這些缺陷在葉片成型后較難發(fā)現(xiàn)，但都在一定程度上影響葉片的強(qiáng)度和剛度。因而該問(wèn)題應(yīng)在葉片出廠前，通過(guò)有效的無(wú)損檢測(cè)方法及早發(fā)現(xiàn)和處理。風(fēng)電葉片常見(jiàn)的缺陷如圖2.1所示：圖1.21.2.2轉(zhuǎn)運(yùn)損傷缺陷風(fēng)電葉片由于其龐大的尺寸，在運(yùn)輸、安裝的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)因操作不當(dāng)造成沖擊損傷。通常葉片被鈍物撞擊厚，在表面并不會(huì)出現(xiàn)明顯的傷痕，也不會(huì)引起操作者的注意，但葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能已經(jīng)受到損傷，如玻璃鋼的分層破壞，對(duì)于缺陷如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，將會(huì)很大程度的影響葉片的壽命，并成為后期事故的隱患。1.2.3安裝損傷缺陷葉片設(shè)計(jì)壽命為20年，在運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)期受到變載荷作用，微觀缺陷會(huì)不斷擴(kuò)展并發(fā)展為疲勞損傷，如出現(xiàn)玻璃鋼分層，應(yīng)力發(fā)白，粘接區(qū)域脫膠開(kāi)裂等。如果不能在開(kāi)裂的早期發(fā)現(xiàn)和及時(shí)維修，開(kāi)裂區(qū)域?qū)⒃谌~片的運(yùn)行過(guò)程中快速擴(kuò)展，并最終導(dǎo)致葉片結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞。第二章超聲波檢測(cè)在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用2.1超聲波檢測(cè)介紹1.1檢測(cè)設(shè)備目前超聲波檢測(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)，各葉片廠商均提出了自己的要求，中復(fù)連眾的要求如下：2.1.2設(shè)備標(biāo)定模擬筋板實(shí)際粘接情況制作樣塊，厚度21mm，設(shè)計(jì)3處粘接缺陷，第一處5cm*3cm,第二處4cm*3cm,第三處直徑2cm的圓形缺陷。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；在工件上掃查，能夠準(zhǔn)確的將三處缺陷的位置及尺寸檢測(cè)出來(lái)。設(shè)備在滿(mǎn)足以上兩點(diǎn)之后，說(shuō)明標(biāo)定合格，方可到葉片上進(jìn)行檢測(cè)。備注：設(shè)備每次使用前需要標(biāo)定，標(biāo)定記錄每周記錄一次。2.1.3檢測(cè)資質(zhì)熟悉腹板粘接結(jié)構(gòu)，可以看懂操作數(shù)據(jù)，熟悉葉片鋪層及粘接結(jié)構(gòu)、熟悉大梁定位、腹板定位方式。閱讀設(shè)備操作指導(dǎo)書(shū)，掌握儀器操作方法，了解操作原理。能夠檢測(cè)出標(biāo)準(zhǔn)樣塊的設(shè)計(jì)缺陷，并能獨(dú)立完成整個(gè)葉片的檢測(cè)。具備常用辦公軟件使用能力，對(duì)于檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷，能夠繪制圖形；檢測(cè)團(tuán)隊(duì)至少有一人參加國(guó)家認(rèn)證機(jī)構(gòu)培訓(xùn)班，并獲得UT2級(jí)證書(shū)。其余無(wú)損探傷檢驗(yàn)員由獲證檢驗(yàn)員培訓(xùn)，合格者頒發(fā)公司內(nèi)部培訓(xùn)證書(shū)。2.1.4檢測(cè)方法先沿著葉片弦向掃查，確定La米處前后緣筋板粘接寬度，再以此方法確定Lb米處前后緣筋板粘接寬度，記錄在報(bào)告里，并標(biāo)記在殼體表面，其中La與Lb相隔一米，在La與Lb之間的區(qū)域做往復(fù)掃查，粘接寬度數(shù)據(jù)不計(jì)入報(bào)告里，掃查路線如下圖箭頭描述方向，其中每?jī)蓷l掃描路線之間的距離d小于15cm，圖2.1按照此方法掃描全部筋板粘接區(qū)域。若發(fā)現(xiàn)缺陷，需在缺陷周?chē)雒芗瘨卟椋瑢⑷毕莩叽缂拔恢妹枋龀鰜?lái)，記錄在報(bào)告里。2.1.5異常處置無(wú)損探傷檢測(cè)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)粘接缺陷的存在，處置方式如下：1、 確認(rèn)粘接缺陷屬實(shí)后，立即上報(bào)至檢測(cè)小組負(fù)責(zé)人或指定人員；2、 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)粘接缺陷后，立即依據(jù)無(wú)損探傷檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)結(jié)果，在葉片表面準(zhǔn)確標(biāo)記粘接缺陷實(shí)際位置圖形：若芯材側(cè)缺膠，可將圖形描繪成下圖情況，陰影部分為未粘接區(qū)域，示意圖如下：（2）若內(nèi)側(cè)缺膠，可將圖形描繪成下圖情況，陰影部分為未粘接區(qū)域,示意圖如下:（3）若兩側(cè)都缺膠，可將圖形描繪成下圖情況，陰影部分為未粘接區(qū)域，示意圖如下:3、 完成檢測(cè)報(bào)告的編制；4、 將檢測(cè)出的缺陷信息，反饋至過(guò)程QC、PQI、生產(chǎn)班組，粘接缺陷依據(jù)技術(shù)方案維修完成后，對(duì)該產(chǎn)品再次進(jìn)行檢測(cè)，判定維修結(jié)果；再次提供檢測(cè)報(bào)告，并做好相關(guān)記錄。5、粘接缺陷處置流程如下:缺膠尺寸與設(shè)計(jì)最小粘接寬度比較，若滿(mǎn)足設(shè)計(jì)最小粘接寬度不做維修，如果該葉型沒(méi)有設(shè)計(jì)最小粘接寬度需評(píng)審是否維修。此外，會(huì)議中分析原因按照5W2H1R原則進(jìn)行，格式如下：會(huì)議內(nèi)容形成會(huì)議紀(jì)要存檔。2.2超聲波檢測(cè)風(fēng)電葉片波形介紹由于葉片復(fù)合材料的各向異性和層狀介質(zhì)特點(diǎn)，幾乎各種可能的聲波模式都有可能產(chǎn)生，正是由于聲波在復(fù)合材料這一特殊介質(zhì)中的傳播規(guī)律，使得超聲檢測(cè)成為葉片無(wú)損檢測(cè)非常重要和普遍采用的檢測(cè)方法。通過(guò)超聲檢測(cè)可以檢測(cè)出葉片復(fù)合材料中的分層，脫粘，缺膠，氣泡，褶皺等缺陷。2.2.1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34mm、31mm，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33.08mm、30.48mm，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，樣塊及波形圖如下：圖2.2圖2.3 圖2.4圖2.5 圖2.62.2.1膠粘劑粘接空洞檢測(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)有膠粘劑粘接時(shí)與未粘接時(shí)波形變化，可檢測(cè)出粘接處的粘接空洞。圖2.7模擬膠粘劑空洞。圖2.7圖2.8 圖2.92.2.2膠粘劑粘接寬度不足檢測(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)粘接區(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蝗粊V回到80%波高時(shí)，說(shuō)明粘接區(qū)域結(jié)束，在葉片殼體上標(biāo)出對(duì)應(yīng)位置，兩個(gè)標(biāo)記之間的距離即為腹板粘接的寬度，再與設(shè)計(jì)的粘接寬度做比較，判斷粘接寬度是否滿(mǎn)足要求。2.2.3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)確的區(qū)分?jǐn)D出膠的寬度，不把擠出膠的寬度算在有效的粘接寬度范圍內(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。第三章熱成像在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用3.1熱成像設(shè)備介紹設(shè)備型號(hào)：FLIRi7檢測(cè)工序：合模工序（筋板固化）檢測(cè)原理：紅外熱成像運(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。設(shè)備圖片如下圖：圖3.1-設(shè)備正面照片 圖3.2-設(shè)備側(cè)面照片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面粘接效果，試驗(yàn)工序筋板SS已經(jīng)固化，過(guò)程如下：

圖3.圖3.3-空洞檢出照片圖3.4-空洞實(shí)際照片上圖3.3中，紅、白色表示正常的筋板粘接區(qū)域，黃色表示粘接空洞，因?yàn)榭斩吹臏囟容^低，顯示不同的顏色。手敲擊驗(yàn)證確實(shí)為空洞。圖3.5-空洞檢出照片 圖3.6-空洞實(shí)際照片在檢測(cè)空洞區(qū)域用電鉆驗(yàn)證，確實(shí)為空洞。圖3.7-空洞檢出照片 圖3.8-空洞實(shí)際照片上述空洞目視均無(wú)法識(shí)別，紅外熱成像均能檢測(cè)出，且用電鉆驗(yàn)證均為空洞。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。第四章結(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)電葉片粘接檢測(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1腹板SS面檢測(cè)對(duì)于筋板SS面粘接檢測(cè)，紅外熱成像比超聲波更具有適用性。檢測(cè)耗時(shí)比較：紅外熱成像檢測(cè)SS面全部粘接區(qū)域耗時(shí)約半小時(shí)，而超聲波耗時(shí)約4小時(shí)；維修成本比較：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)；檢測(cè)效果對(duì)比：