無損檢測在風電葉片中的應用

無損檢測在風電葉片中的

應用RevisedbyLiuJingonJanuary12,2021無損檢測在風電葉片中的應用院秀芝（連云港中復連眾復合材料集團有限公司，連云港222006）摘要：本文主要介紹無損檢測在風電葉片中的應用。首先對葉片結(jié)構(gòu)進行介紹，并對闡述生產(chǎn)過程容易發(fā)生的缺陷，分別介紹超聲波檢測和熱成像檢測在風電葉片中的應用。超聲波檢測包括超聲波檢測的定義、分類、優(yōu)缺點等，以及超聲波檢測在風電葉片領(lǐng)域的應用。接下來本文介紹了風電葉片的結(jié)構(gòu)，可能存在的缺陷，以及需要做超聲波檢測的迫切性。無損檢測包括設備介紹，檢測過程介紹以及檢測時間選擇。最后本文總結(jié)了超聲波檢測和熱成像檢測在風電葉片領(lǐng)域應用的必要性。關(guān)鍵詞：超聲波檢測，熱成像檢測，風電葉片第一章風電葉片結(jié)構(gòu)介紹1.1風電葉片結(jié)構(gòu)介紹風電葉片是以樹脂為基體，玻璃纖維布為增強體，真空灌注而成的一種復合材料產(chǎn)品，殼體區(qū)域還會填充一些Balsa及PVC,同時接縫區(qū)域采用膠粘劑粘接而成。從宏觀角度看風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目前來說風電行業(yè)對葉片粘接區(qū)域的檢測主要涉及腹板粘接區(qū)域檢測，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前緣、后緣粘接質(zhì)量的檢測較少。2風電葉片的主要缺陷種類1.2.1生產(chǎn)制作缺陷風電葉片的生產(chǎn)是一個細節(jié)控制的過程，細節(jié)控制直接決定了葉片的好壞。目前國內(nèi)外風電葉片的生產(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，因而常會有操作不當和質(zhì)量監(jiān)督不嚴，導致葉片出現(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。對于葉片在生產(chǎn)制造過程中殘余的缺陷，當前大多數(shù)的現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)不能有效檢測，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度和剛度。因而該問題應在葉片出廠前，通過有效的無損檢測方法及早發(fā)現(xiàn)和處理。風電葉片常見的缺陷如圖2.1所示：圖1.21.2.2轉(zhuǎn)運損傷缺陷風電葉片由于其龐大的尺寸，在運輸、安裝的過程中，可能會出現(xiàn)因操作不當造成沖擊損傷。通常葉片被鈍物撞擊厚，在表面并不會出現(xiàn)明顯的傷痕，也不會引起操作者的注意，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，對于缺陷如果沒有及時發(fā)現(xiàn)和修復，將會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計壽命為20年，在運行過程中長期受到變載荷作用，微觀缺陷會不斷擴展并發(fā)展為疲勞損傷，如出現(xiàn)玻璃鋼分層，應力發(fā)白，粘接區(qū)域脫膠開裂等。如果不能在開裂的早期發(fā)現(xiàn)和及時維修，開裂區(qū)域?qū)⒃谌~片的運行過程中快速擴展，并最終導致葉片結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞。第二章超聲波檢測在風電葉片中的應用2.1超聲波檢測介紹1.1檢測設備目前超聲波檢測設備主要為常規(guī)超聲設備Epoch600或650，利用此設備做檢測，各葉片廠商均提出了自己的要求，中復連眾的要求如下：2.1.2設備標定模擬筋板實際粘接情況制作樣塊，厚度21mm，設計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)設備聲速，使得儀器檢測的工件厚度與實際厚度一致；在工件上掃查，能夠準確的將三處缺陷的位置及尺寸檢測出來。設備在滿足以上兩點之后，說明標定合格，方可到葉片上進行檢測。備注：設備每次使用前需要標定，標定記錄每周記錄一次。2.1.3檢測資質(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。閱讀設備操作指導書，掌握儀器操作方法，了解操作原理。能夠檢測出標準樣塊的設計缺陷，并能獨立完成整個葉片的檢測。具備常用辦公軟件使用能力，對于檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷，能夠繪制圖形；檢測團隊至少有一人參加國家認證機構(gòu)培訓班，并獲得UT2級證書。其余無損探傷檢驗員由獲證檢驗員培訓，合格者頒發(fā)公司內(nèi)部培訓證書。2.1.4檢測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，記錄在報告里，并標記在殼體表面，其中La與Lb相隔一米，在La與Lb之間的區(qū)域做往復掃查，粘接寬度數(shù)據(jù)不計入報告里，掃查路線如下圖箭頭描述方向，其中每兩條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，需在缺陷周圍做密集掃查，將缺陷尺寸及位置描述出來，記錄在報告里。2.1.5異常處置無損探傷檢測過程中，如發(fā)現(xiàn)粘接缺陷的存在，處置方式如下：1、 確認粘接缺陷屬實后，立即上報至檢測小組負責人或指定人員；2、 檢測發(fā)現(xiàn)粘接缺陷后，立即依據(jù)無損探傷檢測設備檢測結(jié)果，在葉片表面準確標記粘接缺陷實際位置圖形：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、 完成檢測報告的編制；4、 將檢測出的缺陷信息，反饋至過程QC、PQI、生產(chǎn)班組，粘接缺陷依據(jù)技術(shù)方案維修完成后，對該產(chǎn)品再次進行檢測，判定維修結(jié)果；再次提供檢測報告，并做好相關(guān)記錄。5、粘接缺陷處置流程如下:缺膠尺寸與設計最小粘接寬度比較，若滿足設計最小粘接寬度不做維修，如果該葉型沒有設計最小粘接寬度需評審是否維修。此外，會議中分析原因按照5W2H1R原則進行，格式如下：會議內(nèi)容形成會議紀要存檔。2.2超聲波檢測風電葉片波形介紹由于葉片復合材料的各向異性和層狀介質(zhì)特點，幾乎各種可能的聲波模式都有可能產(chǎn)生，正是由于聲波在復合材料這一特殊介質(zhì)中的傳播規(guī)律，使得超聲檢測成為葉片無損檢測非常重要和普遍采用的檢測方法。通過超聲檢測可以檢測出葉片復合材料中的分層，脫粘，缺膠，氣泡，褶皺等缺陷。2.2.1玻璃鋼工件厚度檢測檢測玻璃鋼工件厚度是超聲波最基礎(chǔ)的功能之一，選取一個階梯樣塊，厚度分別為34mm、31mm，利用常規(guī)超聲波設備Epoch600測量其厚度，讀取波形顯示測量厚度分別為33.08mm、30.48mm，設備測量值與實際值基本一致，由于復合材料的特殊性，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超聲檢測葉片復合材料膠粘劑空洞：根據(jù)超聲檢測有膠粘劑粘接時與未粘接時波形變化，可檢測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常規(guī)超聲波探頭放在純玻璃鋼區(qū)域時，波幅達到80%,到達粘接區(qū)域時波幅明顯降低，且會出現(xiàn)第二個界面波，此時在葉片殼體標出對應位置，當?shù)撞ㄍ蝗粊V回到80%波高時，說明粘接區(qū)域結(jié)束，在葉片殼體上標出對應位置，兩個標記之間的距離即為腹板粘接的寬度，再與設計的粘接寬度做比較，判斷粘接寬度是否滿足要求。2.2.3其他結(jié)構(gòu)檢測當膠粘劑的厚度超厚或者超薄時，回波的情況均會發(fā)生變化；如何準確的區(qū)分擠出膠的寬度，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)通過實驗驗證了回波的情況，在此不再描述。第三章熱成像在風電葉片中的應用3.1熱成像設備介紹設備型號：FLIRi7檢測工序：合模工序（筋板固化）檢測原理：紅外熱成像運用光電技術(shù)檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉(zhuǎn)換成可供視覺分辨的圖像和圖形，并可以進一步計算出溫度值。設備圖片如下圖：圖3.1-設備正面照片 圖3.2-設備側(cè)面照片3.2熱成像檢測過程在某型號風電葉片試驗紅外熱成像檢測筋板SS面粘接效果，試驗工序筋板SS已經(jīng)固化，過程如下：

圖3.圖3.3-空洞檢出照片圖3.4-空洞實際照片上圖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，因為空洞的溫度較低，顯示不同的顏色。手敲擊驗證確實為空洞。圖3.5-空洞檢出照片 圖3.6-空洞實際照片在檢測空洞區(qū)域用電鉆驗證，確實為空洞。圖3.7-空洞檢出照片 圖3.8-空洞實際照片上述空洞目視均無法識別，紅外熱成像均能檢測出，且用電鉆驗證均為空洞。3檢測時間段選擇在筋板SS面填膠時試驗檢測效果，由于此段時間膠粘劑與存在的氣泡溫差不明顯，檢測效果很差。筋板固化升溫后，檢測效果良好。第四章結(jié)論超聲波檢測和熱成像檢測目前廣泛應用在風電葉片粘接檢測中，效果明顯，對于風電葉片質(zhì)量監(jiān)控、質(zhì)量風險管控具有積極意義1腹板SS面檢測對于筋板SS面粘接檢測，紅外熱成像比超聲波更具有適用性。檢測耗時比較：紅外熱成像檢測SS面全部粘接區(qū)域耗時約半小時，而超聲波耗時約4小時；維修成本比較：紅外熱成像檢測發(fā)現(xiàn)空洞合模過程即可維修，打孔注膠消耗成本很少，超聲波發(fā)現(xiàn)空洞需開窗維修，維修成本高，且存在維修風險；檢測效果對比：