超声波无损检测在风电叶片 粘接部位缺陷检测中的应用
超声波无损检测在风电叶片 粘接部位缺陷检测中的应用
保定中能风电设备有限公司 杜 娟
1. 引言
近几年来， 随着风力发电机组数量的不断增 加，风电机组部件的损坏问题也在增多， 其中**头 疼的是风电叶片开裂损坏。风电场投资商对风力发 电机提出了更高的要求， 风电叶片的生产质量逐步 引起了人们的高度重视。根据风电叶片结构设计、 工艺成型特点， 预喷胶衣的叶片粘接部位是叶片生 产质量控制的难点。如何保证叶片粘接部位不出或 少出质量缺陷， 用超声波检测粘接内份是解决叶片 质量的有效手段。
2. 风电叶片粘接质量控制现状
目前， 在国内风电叶片的生产过程中， 用来检 验产品质量的主要无损检测手段是 ：目视法、敲击法。对于不可见的叶片粘接部位的检测通常用敲击 法， 然而敲击法一般用于浅层检测， 并且要求质检 人员要有丰富的经验， 否则敲击法的检测准确性是 大打折扣的。由此可见， 新的无损检测手段—超声 波无损检测的引入势在必行。
图 1 是风轮叶片成型截面图， 用此进行解析粘接工序的质量控制形式。
图1：叶片成型截面图
风电叶片的主要部件 ：上、下壳体、前、后腹 板。在上、下壳体成型前， 模具表面（除前、后缘） 预喷白色胶衣， 各部件成型后， 之间的连接是由结 构胶相互粘接形成一体。叶片前、后腹板与下壳体 在合模前， 预先粘接， 能够保证粘接质量 ；前、后 缘的粘接可以看结构胶的挤出量， 粘接质量情况可 目视检查。而前、后腹板与上壳体的粘接情况是不 可见的，质量可控性差。
3. 基础研究
3.1 超声波检测类型的选择
在我国， 风电叶片行业的超声波无损检测的应 用还处于初步尝试阶段， 需要进行大量的检测试验 的积累。超声波无损检测的种类很多， 经过多方验 证， 超声波相控阵探伤仪和专门定制的高性能探头 是众多仪器中较为先进设备， 其设备的高性能和便 携性等优点完全满足该项目检测的需要。
3.2 标准试块的制作
3.2.1 试块的选取
试块选取自某型玻璃纤维 / 不饱和聚酯型叶 片， 试块包含前、后腹板与壳体粘接部位， 试块共 3 块， 分别取自叶片的叶根的前、后腹板与壳体的 粘接部位， 叶片轴向中部的前、后腹板与壳体的粘 接部位， 叶尖的前、后腹板与壳体的粘接部位。试块样件见图 2 ：
图2：其中的1 件试块
3.2.2 人工缺陷的预设
如图 3， 从试块的里侧向表面钻不同尺寸的平 底孔，形成人工缺陷，其尺寸、深度如下 ：
a) 1# 缺陷：Φ10mm 的孔（深度未到粘接面）；
b) 2# 缺陷：Φ40mm 的孔（深度未到粘接面）；
c) 3# 缺陷：Φ10mm 的孔（深度至粘接面） ；
d) 4# 缺陷：Φ20mm 的孔（深度至粘接面） ；
e) 5# 缺陷：Φ40mm 的孔（深度至粘接面）。
图3：在试件上的粘接部位预设的人工缺陷
组图4：试件上预制缺陷信号图
3.2.3 试验结果分析
检测结果成像图如组图 4。从检测结果中可以 看 出，1# 、2# 、3# 、4# 、5# 缺 陷都有检测信号， 其中 1#、2# 由于距检测表面深度较大， 信号较弱， 但也能分辨，3# 、4# 、5# 缺陷信号较强， 检测结 果较好。可见，该无损检测方法可行。
4. 实际运用及验证
4.1 全尺寸叶片检测前的分段划线及规定
在全尺寸叶片上的检测部位进行分段划线， 则 根据每段壳体的厚度进行超声波检测技术参数的设 置，保证检测结果准确。
分段划线方法 ：划出前、后腹板与壳体粘接带 的中心线， 使检测探头更好的对准检测部位 ；从叶 尖开始每 1 米为一段划线， 将检测部位共分为 25 段，根据每段不同的厚度进行检测技术参数的设置。
规定 ：后腹板与上壳体的粘接部位为 1# 粘接 带， 前腹板与上壳体的粘接部位为 2# 粘接带， 后 腹板与下壳体的粘接部位为 3# 粘接带， 前腹板与 下壳体的粘接部位为 4# 粘接带。
4.2 全尺寸叶片的检测结果
下面是检测出的粘接胶层的典型空胶缺陷， 见 组图 5。
3# 粘接带段 21:
缺陷范围 ：286mm ～ 341mm 456mm ～ 525mm
缺陷深度 ：21.8mm 缺陷宽度 >10mm 缺陷位置 ：胶层缺陷
组图5：叶片粘接带空胶信号图
4.3 检测结果准确性的验证
4.3.1 验证方法
将叶片粘接空胶缺陷用记号笔标于表面， 在空 胶面积内不同位置钻 2 个孔， 每孔深度至空胶部 位， 用注射器吸水， 从一个孔中注水， 另一孔出水， 可证明空胶。见下图 6。
图6：叶片粘接带空胶缺陷的验证
5. 深远意义
该项目是超声波无损检测在国内风电行业的 实际应用突破性地尝试。通过超声波无损检测来鉴 别产品关键部位的内部质量状况，以确保产品质量， 满足设计和使用要求， 不论是在风电行业还是其他 复合材料制品行业，刻不容缓。
