CN104458910A - 一种风力机叶片壳体与腹板粘接缺陷的无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用超声波无损探伤手段，开展风力机叶片壳体与腹板粘接缺陷检测的方法。该方法能够有效检测出风力机叶片壳体与腹板粘接过程中存在的缺胶缺陷。该方法由以下几部分组成：检测准备工作；检测实施过程；缺陷判定准则。该方法采用超声波探伤技术对风力机叶片进行检测，可以客观反映叶片内部声波反射情况，有效判定叶片内部缺陷。

Description

一种风力机叶片壳体与腹板粘接缺陷的无损检测方法

技术领域

本发明涉及机械行业风力发电技术领域，尤其涉及一种风力机叶片壳体与腹板粘接缺陷的无损检测方法。

背景技术

随着风力发电机单机功率的不断提高，风电叶片也越来越大，伴随的材料、工艺水平和质量可靠性要求也越来越高。复合材料以其高的比强度、比刚度及良好的抗疲劳性和耐腐蚀性在风力机叶片中获得广泛的应用。由于影响复合材料结构完整性的因素比较多，许多工艺参数的微小差异都会导致其产生缺陷，使得产品质量呈现明显的离散性，这些缺陷严重影响叶片的机械性能和完整性。风力机叶片设计需要满足20年的工作寿命，缺陷的存在会在叶片运行过程中复杂交变载荷的影响下进一步扩展，造成局部薄弱区，并最终降低叶片的工作寿命。由于风力机叶片结构及运行情况的特殊性，需要对风力机叶片内部缺陷情况通过无损检测的方式进行发现，以确保产品质量，满足设计和使用要求。

无损测试主要包括超声检测、射线检测、红外热成像检测、声发射检测、激光错位散斑干涉检测等，各种无损测试方式广泛应用于金属材料，各自有其自身的优势。由于风力机叶片尺寸较大，风力机叶片材料具有高衰减性，对热的传导性差，所以在风力机叶片上开展无损检测的效果相比金属材料而言，在信号穿透力、信号干扰方面具有很大不同，再加上风力机叶片内部结构较复杂，所以目前对缺陷信号的识别并没有成熟的识别方法。

目前大型风力机叶片大多采用组装方式制造，在叶片外壳与内部腹板分别制作完成的基础上，通过结构胶连接，合模固化后制成整体叶片。在实际制作中，由于工艺等方面的因素，在壳体与腹板本应连接的位置，可能发生缺胶的质量缺陷问题。风力机叶片大梁是风电叶片中最主要的承力部件，壳体与腹板缺胶的质量问题直接影响着风力机叶片的运行安全。因此，在叶片生产过程中、制造完成后，乃至机组运行过程中，对上述缺陷进行无损探测与评判，具有十分重要的意义。

本专利所提供方法，就是针对风力机叶片壳体与腹板粘接缺陷的无损检测与判别需求所发明的，通过一套完整的测试准备、实施流程，识别风力机叶片壳体与腹板粘接处所存在的缺胶缺陷。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对风力机叶片壳体与腹板粘接的无损检测中，会出现内部结构复杂，各种信号穿透力差，干扰信号较多，缺乏缺陷判定准则的问题，需要有一种无损检测的方法，涵盖完整的风力机叶片无损检测准备工作，检测实施过程，缺陷判定准则，有效识别风力机叶片壳体与腹板粘接缺陷。

(二)技术方案

本发明提供了一种利用超声波探伤手段，对风力机叶片壳体与腹板的粘接情况进行无损检测的方法，能够有效地识别风力机叶片壳体与腹板粘接缺陷。其特征在于，该方法由以下几部分组成：检测准备工作；检测实施过程；缺陷判定准则。具体步骤如下：

1)针对所要检测的叶片，根据叶片实物与叶片设计资料，判断叶片壳体与腹板在不同位置的结构特征，包括结构尺寸与铺层情况。

2)分别在叶片的压力面和吸力面，对壳体与腹板相粘接的位置进行划线标记，所标记的范围将作为无损测试的评定范围。

3)根据步骤2)中划定位置的叶片材料情况，制作两块与划定位置叶片壳体玻璃钢材料一致的材料作为标准校准试块。该试块为长方体，长宽尺寸不小于探头尺寸，两块试块的厚度不同，分别为20mm和50mm。

4)根据所要测试部位的材料种类与结构厚度，以及所要达到的探测精度，初步选定超声探头的频率值，将该频率的探头作为测试探头。

5)将初步选定的探头在步骤3)中制作的校准试块上进行试测，根据测试结果，进行探头频率的优化选择，选择在探测精度、探测厚度上最符合要求的探头。

6)确定探头后，利用步骤3)中制作的校准试块，对已有的超声无损探伤仪器进行校准，得到针对所用设备、探头和材料准确的材料声速和探头延迟。

7)采用步骤6)中校准过的无损探伤仪器，在2)中所标识的风力机叶片范围内，进行扫查。为进行对照，也对标记范围外，单纯壳体部分进行扫查，作为评估时的参考。其评估判别理论如下；

在反射式的超声测试中，是通过超声波在被测物体中的反射信号，对被测体的内部缺陷情况进行评判。由于超声波在腹板与壳体粘结良好的结构部件内的反射情况，与粘结不好的结构部件内的反射情况时有所差异的，因此，可根据这种差异性，作为评价粘结好坏的准则。实际上，当超声波在粘结不好的结构中进行传播时，由于缺胶的原因，导致腹板与壳体联结处存在空气间隔，而超声波在空气中是难以传播的，因此，此时利用超声设备所得到的反射信号，与超声波在单纯壳体中的反射信号是基本一致的。因此，当对腹板与壳体连接处进行检测时，所得到的信号，与单纯进行壳体测试获得的信号相一致时，可以判明，此处存在空气间隔，即存在缺胶的缺陷。

8)在以上检测实施过程中，分为快速扫描与精确扫描两个步骤，在快速扫描中，采用合适的扫描速度，对全部待测范围进行扫描测试，根据步骤7)的判定准则发现缺陷位置并进行标注。快速扫描结束后，在标注缺陷位置之处开展精细扫描，用以划定缺陷范围。

9)通过以上实施步骤，可以实现对叶片壳体与腹板粘接处缺胶缺陷的发现与判定。

(三)有益效果

本发明填补了针对风力机叶片壳体与腹板粘接无损检测的空白，具有如下明显的优点：

1)能够有效判断风力机叶片壳体与腹板粘接存在的缺陷。

2)能够以较快的速度完成检测。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本实施例对象为某MW级风力机叶片，对该叶片的壳体与腹板粘接部位开展无损检测的步骤如下：

1)针对该MW级叶片，查看叶片实物与叶片设计资料，判断叶片壳体与腹板的粘接宽度、壳体玻璃钢从叶尖至叶根的铺层厚度。

2)分别在叶片的压力面和吸力面，对壳体与腹板相粘接的位置进行划线标记，确定厚度无损测试的评定范围。

3)根据步骤2)中划定位置的叶片材料情况，制作两块与划定位置叶片壳体玻璃钢材料一致的材料作为标准校准试块。该试块为长方体，长宽尺寸分别为200mm×100mm，两块试块的厚度不同，分别为20mm和50mm。

4)所要测试部位的材料种类为玻璃钢，结构厚度8mm至50mm，所要达到的探测精度为5mm，初步选定超声探头的频率值为1MHz，将该频率的探头作为测试探头。

5)1MHz频率的探头在步骤3)中制作的校准试块上进行试测，验证1MHz频率探头在50mm探测厚度上具有较好的辨识度，可以用于开展测试。

6)利用步骤3)中制作的校准试块，对超声无损探伤仪器搭配1MHz频率探头进行校准，得到针对该套设备、探头和材料准确的材料声速为3414m/s，探头延迟为1.4ms。

7)采用步骤6)中校准过的无损探伤仪器，在2)中所标识的风力机叶片范围内，进行扫查。为进行对照，也对标记范围外，单纯壳体部分进行扫查，作为评估时的参考。根据评估判别理论，将单纯壳体部分的超声信号形式作为缺胶缺陷的判定准则。

8)在完成以上步骤的前提下，持超声无损探伤仪器对该叶片壳体与腹板粘接部位开展自叶尖至叶根的检测，首先进行快速扫描，采用方便移动且探头与叶片能有效贴合的扫描速度，对全部待测范围进行扫描测试，根据步骤7)的判定准则发现缺陷位置并进行标注。快速扫描结束后，在标注缺陷位置之处开展精细扫描，用以划定缺陷范围。

9)通过以上实施步骤，可以发现并判定该叶片壳体与腹板粘接处缺胶缺陷。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风力机叶片壳体与腹板粘接缺陷的无损检测方法，其特征在于，该方法包括检测准备工作、检测实施过程和缺陷判定准则，具体步骤如下：

1)针对所要检测的叶片，根据叶片实物与叶片设计指标，判断叶片壳体与腹板在不同位置的结构特征，所述结构特征包括结构尺寸与铺层情况。

2)分别在叶片的压力面和吸力面，对壳体与腹板相粘接的位置进行划线标记，将所标记的范围作为无损测试的评定范围。

3)根据步骤2)中划定位置的叶片材料情况，制作两块与划定位置叶片壳体玻璃钢材料一致的材料作为标准校准试块。所述标准校准试块为长方体，长宽尺寸不小于探头尺寸，两块试块的厚度不同；

4)根据所要测试部位的材料种类与结构厚度，以及所要达到的探测精度，初步选定超声探头的频率值，将该频率的探头作为测试探头。

5)将初步选定的探头在步骤3)中制作的标准校准试块上进行试测，根据测试结果，进行探头频率的优化选择，选择在探测精度、探测厚度上最符合要求的探头。

6)确定探头后，利用步骤3)中制作的标准校准试块，对已有的超声无损探伤仪器进行校准，得到针对所用设备、探头和材料准确的材料声速和探头延迟。

7)采用步骤6)中校准过的无损探伤仪器，在步骤2)中所标识的风力机叶片范围内，进行扫查。为进行对照，也对标记范围外，单纯壳体部分进行扫查，作为评估时的参考。其评估判别过程如下：

通过超声波在被测物体中的反射信号，对被测体的内部缺陷情况进行评判。利用超声波在腹板与壳体粘结良好的结构部件内的反射情况与粘结不好的结构部件内的反射情况之间的差异性，作为评价腹板与壳体粘结好坏的准则。当对腹板与壳体连接处进行检测时，所得到的信号，与单纯进行壳体测试获得的信号相一致时，可以判明，此处存在空气间隔，即存在缺胶的缺陷。如果不一致，则判明不存在空气间隔，不存在缺胶的缺陷。

8)在以上检测实施过程中，分为快速扫描与精确扫描两个步骤，在快速扫描中，采用合适的扫描速度，对全部待测范围进行扫描测试，根据步骤7)的判定准则发现缺陷位置并进行标注。快速扫描结束后，在标注缺陷位置之处开展精细扫描，用以划定缺陷范围。

9)通过以上实施步骤，可以实现对叶片壳体与腹板粘接处缺胶缺陷的发现与判定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法采用超声波探测作为无损探伤手段。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在开展检测之前，需要在叶片压力面和吸力面对待测位置进行标记。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在开展检测之前，需要制作与叶片玻璃钢材料一致的材料作为校准试块。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在开展检测之前，需分析粘接良好位置处与无粘接位置处的超声波反射信号差异，并将该差异在超声检测设备中调整得明显可分辨。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测实施过程中，分为快速扫描和精细扫描。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在扫描中，根据粘接良好位置处与无粘接位置处的超声波反射信号差异，作为判定是否存在缺陷的依据。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两块标准校准试块的厚度不同。