陳露露

（國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)（連云港）有限公司，江蘇 連云港222200）

風(fēng)電葉片是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的核心部件之一，其質(zhì)量的好壞直接影響整機(jī)的性能和發(fā)電效率，因此被稱為風(fēng)機(jī)的“靈魂”。目前大型風(fēng)電葉片的結(jié)構(gòu)都是玻璃鋼蒙皮與主梁形式。在制造過程中，受工藝影響，葉片制作盲區(qū)難免會(huì)出現(xiàn)空泡、裂紋、缺膠、固化不良等結(jié)構(gòu)缺陷。這些缺陷在長期交變載荷的作用下，會(huì)不斷擴(kuò)展并發(fā)展成為疲勞損傷。隨著風(fēng)機(jī)行業(yè)大型化趨勢愈發(fā)明顯，葉片長度在不斷加長，對葉片的質(zhì)量提出更高的要求，因此，在葉片制造、測試及運(yùn)輸過程中通過有效檢測手段及早發(fā)現(xiàn)缺陷和損傷顯得尤為重要。

目前，葉片現(xiàn)場檢測多采用目視法和敲擊法。兩種方法雖然簡單，但是對檢測人員有極大依耐性，對于葉片內(nèi)部缺陷損傷難以進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，因此風(fēng)電葉片無損檢測技術(shù)逐漸受到關(guān)注，并且將成為葉片缺陷檢測的重要手段之一，但目前國內(nèi)外提出的關(guān)于風(fēng)電葉片的無損檢測技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)都很少，多處在試驗(yàn)研究階段，本文主要針對在葉片制造、測試及運(yùn)行過程中發(fā)展較快的幾種無損檢測技術(shù)進(jìn)行研究，同時(shí)對未來無損檢測標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 無損檢測技術(shù)

目前無損檢測技術(shù)已非常成熟，種類很多，但在風(fēng)電葉片領(lǐng)域應(yīng)用較多且發(fā)展較快的主要有：X射線檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)、紅外熱波檢測技術(shù)、聲發(fā)射檢測技術(shù)等。

1.1 X射線檢測技術(shù)

X射線檢測技術(shù)為射線數(shù)字成像檢測技術(shù)，它采用X射線源，該技術(shù)利用小焦點(diǎn)或微焦點(diǎn)X射線源透射工件，然后通過光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)將圖像傳輸在顯示設(shè)備上[1]，其檢測原理如圖1所示。

圖1 X射線檢測原理示意

X射線檢測技術(shù)在航天航空復(fù)合材料檢測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，該技術(shù)同樣也適用于風(fēng)電葉片，特別對檢測葉片空泡、夾雜等體積型缺陷有明顯優(yōu)勢，對風(fēng)電葉片中的樹脂暴聚、纖維褶皺等缺陷也有一定檢測能力，但是對于葉片裂紋和分層等缺陷的檢測存在一定局限性。Jasiuniene E等開發(fā)了一種X射線檢測系統(tǒng)，采用實(shí)時(shí)成像和360°旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的方法對含有缺陷的葉片樣品進(jìn)行檢測，提高檢測概率，檢測結(jié)果表明葉片內(nèi)部缺膠和結(jié)構(gòu)不規(guī)則等體積缺陷能夠被檢測出來[2]。李俊杰等研究并提出了基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓ê喎QEMD）和迭代閾值分割的缺陷檢測算法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法不僅從根本上改善復(fù)合材料X射線檢測圖像的質(zhì)量，而且能顯著增強(qiáng)圖像缺陷特征，并能成功提取和分割缺陷區(qū)域，為今后復(fù)合材料的缺陷的自動(dòng)檢測和識別，提供了重要的理論依據(jù)[3]。

1.2 超聲檢測技術(shù)

超聲檢測技術(shù)，是工業(yè)無損檢測中應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高、發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù)，主要通過超聲波在材料內(nèi)部缺陷區(qū)域和正常區(qū)域發(fā)生反射波，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小，其檢測原理如圖2所示。該技術(shù)可有效地檢測出風(fēng)電葉片內(nèi)部的分層、粘接區(qū)域缺膠等缺陷，同時(shí)也可以測量粘接厚度等。超聲檢測方法按照超聲發(fā)射和接受方式可分為超聲脈沖回波法和穿透法，這兩種方法在風(fēng)電葉片領(lǐng)域均已得到應(yīng)用。Ye G等研制出一種二維超聲無損檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過自動(dòng)掃描技術(shù)，對損傷區(qū)域用不同顏色進(jìn)行識別，系統(tǒng)測試了玻璃鋼葉片試樣，結(jié)果顯示其內(nèi)部缺陷可以通過顏色很快的被識別出來[4]。安靜等采用超聲波-回波無損探傷技術(shù)對風(fēng)電葉片梁帽與腹板粘接處玻璃鋼進(jìn)行掃查，研究表明，超聲波能穿透對聲音衰減強(qiáng)烈的玻璃鋼區(qū)域，接收到粘接區(qū)域的回波信息，進(jìn)一步驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性[5]。

圖2 超聲波檢測原理示意

1.3 紅外檢測技術(shù)

紅外檢測技術(shù)采用的是一種非接觸式的檢測手段，主要運(yùn)用光電技術(shù)將物體表面的溫度分布轉(zhuǎn)換成人眼可見的圖像，并以不同顏色顯示物體表面溫度分布的技術(shù)，其檢測原理如圖3所示。

圖3 紅外檢測原理示意

按照引起溫差的方式可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式，目前應(yīng)用較多的為主動(dòng)式加熱方法。紅外檢測技術(shù)由于其具有高安全性、高靈敏度和高檢測效率受到廣泛關(guān)注，它可以有效地檢測出玻纖多層復(fù)合材料的內(nèi)部缺陷，包括粘接、白斑、褶皺、鼓包等，可以為葉片的質(zhì)量控制提供新的參考依據(jù)。岳大皓等采用紅外熱波無損檢測技術(shù)對風(fēng)電葉片中的白斑、褶皺及鼓包等缺陷進(jìn)行檢測，結(jié)果表明通過觀察紅外熱像圖可以看到這些缺陷，但是對于更深層結(jié)構(gòu)的缺陷檢測還待進(jìn)一步研究[6]。

目前該技術(shù)在國內(nèi)外的研究主要集中在理論和實(shí)驗(yàn)室研究階段，為了適應(yīng)在線在役檢測的要求，該技術(shù)已逐漸從實(shí)驗(yàn)室發(fā)展到市場應(yīng)用中。

1.4 聲發(fā)射檢測技術(shù)

材料中局域源能量快速釋放而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射，其檢測原理如圖4所示。在加載或苛刻環(huán)境下，材料內(nèi)部發(fā)生像裂紋、變形等變化通常就會(huì)產(chǎn)生彈性波的發(fā)射，因此，聲發(fā)射檢測技術(shù)不同于常規(guī)無損檢測方法，它是一種動(dòng)態(tài)非破壞性檢測技術(shù)，具有高效、長距離、可實(shí)現(xiàn)在線檢測等優(yōu)點(diǎn)，但也存在缺點(diǎn)，除損傷信號以外的噪聲會(huì)對其檢測產(chǎn)生一定影響。

圖4 聲發(fā)射檢測原理示意

Tang J等采用了聲發(fā)射檢測技術(shù)對風(fēng)電葉片進(jìn)行了疲勞損傷生長監(jiān)測，通過對45 dB的高檢測閾值進(jìn)行抑制，從而抑制了疲勞載荷產(chǎn)生的噪聲，將運(yùn)行時(shí)間和信號關(guān)聯(lián)，從噪聲中識別出損傷檢測信號，成功的檢測到疲勞損傷的增長[7]。Krause T等提出了一種用于在風(fēng)電葉片中檢測裂紋聲音的算法。該算法采用了一種降噪方法，通過對兩個(gè)麥克風(fēng)信號進(jìn)行處理，大致定位了所檢測到的損傷信號[8]。因此，聲發(fā)射檢測技術(shù)能夠及時(shí)預(yù)測并定位葉片損傷位置，有利于提前采取補(bǔ)救措施，減少損失。

2 無損檢測標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前國際上無損檢測的主要標(biāo)準(zhǔn)有國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）、歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN）、英國標(biāo)準(zhǔn)（BS）、德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN）、法國標(biāo)準(zhǔn)（NF）、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）、美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）等標(biāo)準(zhǔn)體系。我國無損檢測技術(shù)發(fā)展相對較慢，在標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范統(tǒng)一和體系構(gòu)建方面還很薄弱，雖然與國際上有很大差距，但是在許多方面已取得進(jìn)展，并具有中國特色，無損檢測標(biāo)準(zhǔn)在檢測術(shù)語、檢測儀器、檢測探頭、壓力容器檢測方法、其他結(jié)構(gòu)件檢測方法等均已頒布國家標(biāo)準(zhǔn)、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其余尚處于企業(yè)或者內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)階段。

雖然國內(nèi)外無損檢測標(biāo)準(zhǔn)已逐漸成熟，多個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也相繼產(chǎn)生，例如船舶、電力、工程建設(shè)、航空工業(yè)、化工、機(jī)械等行業(yè)，但是風(fēng)電葉片行業(yè)的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)還幾乎沒有。隨著無損檢測技術(shù)在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用越來越多，行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定也是迫在眉睫，其標(biāo)準(zhǔn)對于選擇檢測方法、確定檢測方案、選擇檢測器材以及在新器材、新產(chǎn)品和新方法的開發(fā)上至關(guān)重要，其規(guī)范化對檢測技術(shù)質(zhì)量有著重大意義。結(jié)合國內(nèi)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，與風(fēng)電葉片行業(yè)相關(guān)的復(fù)合材料無損檢測標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 國內(nèi)外復(fù)合材料相關(guān)的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)束語

國內(nèi)外無損檢測技術(shù)已初步成熟，形成了一套比較系統(tǒng)的無損檢測體系，但是風(fēng)電葉片領(lǐng)域的無損檢測技術(shù)大部分還處在研究試驗(yàn)階段，還有更多可應(yīng)用的無損檢測方法待開發(fā)，而相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)卻幾乎空白。風(fēng)電市場迅猛發(fā)展，風(fēng)電葉片的質(zhì)量競爭愈發(fā)激烈，對葉片的檢測技術(shù)提出了更高、更新的要求。無損檢測技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用，在以往復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的無損檢測實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，必須根據(jù)不用的缺陷形式、是否在線檢測以及其他要求采用不同方法進(jìn)行檢測，因此相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定對于風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展具有毋庸置疑的先導(dǎo)性和重要性。無損檢測方法是評估葉片質(zhì)量的重要手段，只有選擇合適的無損檢測方法，建立合適的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，才能有效的控制產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在研究風(fēng)電葉片無損檢測技術(shù)的同時(shí)，應(yīng)該重視無損檢測標(biāo)準(zhǔn)的建立。

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