CN107655973A - 风电叶片主结构碳梁内部缺陷的快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风电叶片主结构碳梁内部缺陷的快速检测方法，属于无损检测领域。设置超声相控阵探伤仪参数：以零度线性为聚焦法则，超声波声速设置为3000m/s，信噪比大于9dB，调节增益能量使始波、底波能量达到总能量的80%；检测仪器垂直线性，垂直线性误差不大于5%；检测仪器水平线性，仪器的水平线性应不大于1%；将探头放置在碳梁上，恒定压力压住，探测底波并调整至基准波高的80%；在碳梁表面均匀喷涂耦合剂；按扫查路径沿平行的3路线对碳梁进行无损扫查，其中相邻探头移动覆盖区至少为有效探头直径的10%；控制相控阵轮式探头以不超过150mm/S适当的扫查速率快速扫查待检区域；快速扫查过程中记录缺陷的位置，记录缺陷的形状及尺寸；将扫描的缺陷形状曲线与标准的缺陷形状曲线进行对比，从而确定缺陷的类型。

Description

风电叶片主结构碳梁内部缺陷的快速检测方法

技术领域

本发明涉及无损检测领域，详细地讲是一种风电叶片主结构碳梁内部缺陷的快速检测方法。

背景技术

众所周知，碳纤维是一种具备高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能的高分子材料。风电叶片主结构碳梁是由碳纤维材料作为基体结合树脂体系通过拉挤工艺成型。风电叶片主结构碳梁具有高强轻质，耐腐蚀等性能，目前已广泛应用于风电叶片项目中。

受生产工艺、环境控制和一些随机因素的影响，复合材料中总会存在一些缺陷，而制造、装配过程中，又有可能因机械加工、外力冲击、碰撞和刮擦的作用出现一些损伤，这些缺陷和损伤总是存在的但又很难通过目视的方法发现，对结构的承载能力有很大的影响，成为威胁结构安全性的主要隐患。

拉挤工艺成型中由于碳纤维自身缺陷、开纤技术水平限制以及碳纤维基体与树脂体系结合能力不同，导致风电叶片主结构碳梁中会存在缺陷，这些缺陷会影响到具体应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种风电叶片主结构碳梁内部缺陷的快速检测方法，操作简单而且快速，能够在不损伤样品的情况下确定缺陷位置及尺寸。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风电叶片主结构碳梁内部缺陷的快速检测方法，包括下列步聚，

设置超声相控阵探伤仪参数：以零度线性为聚焦法则，超声波声速设置为3000m/s，信噪比大于9dB，调节增益能量使始波、底波能量达到总能量的80%；

检测仪器垂直线性：将探头放置在碳梁上，恒定压力压住，在A显示上找到底波，调节仪器使该底波位于示波屏的中央，并达100%幅度，作为0dB,调节增益旋钮，每次降低2dB，记下相应的波高H直至底波小时，通过理论值与实测值的偏差计算仪器的垂直线性好坏，垂直线性误差不大于5%；

检测仪器水平线性：将探头放置在碳梁上，调节检测范围，在A扫描上收集到5次底波，用数显卡尺准确测量碳梁厚度，调节A扫描1：1显示，通过6次反射波所显示深度的和实际测量深度的差值与实际深度的比值来确定仪器的水平线性，比值最大一次即为仪器的水平线性，应不大于1%；

将探头放置在碳梁上，恒定压力压住，探测底波并调整至基准波高的80%，记下此时仪器的增益读数αdB，检测时将增益读数调节至(α+12)dB；

在碳梁表面均匀喷涂耦合剂；

按扫查路径沿平行的3路线对碳梁进行无损扫查，其中相邻探头移动覆盖区至少为有效探头直径的10%；

控制相控阵轮式探头以不超过150mm/S适当的扫查速率快速扫查待检区域；

快速扫查过程中记录缺陷的位置；

在快速扫查结束后，对记录缺陷的位置进行精细扫查，记录缺陷的形状及尺寸；

将扫描的缺陷形状曲线与标准的缺陷形状曲线进行对比，从而确定缺陷的类型。

本发明的有益效果是，操作简单而且快速，能够在不损伤样品的情况下确定缺陷位置及尺寸。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的3路扫查路径图。

图2为无缺陷A-C-S扫描图谱。

图3为气孔、夹渣A-C-S缺陷图谱。

图4为树脂浸渍不完全A-C-S缺陷图谱。

具体实施方式

设置超声相控阵探伤仪参数：建立方法，以零度线性为聚焦法则，超声波声速设置为3000m/s，信噪比大于9dB，调节增益能量使始波、底波能量达到总能量的80%，调节扫描模式至A、C、S模式；

检测仪器垂直线性：将探头放置在碳梁上，恒定压力压住，在A显示上找到底波，调节仪器使该底波位于示波屏的中央，并达100%幅度，作为0dB,调节增益旋钮，每次降低2dB，记下相应的波高H直至底波小时，通过理论值与实测值的偏差计算仪器的垂直线性好坏，垂直线性误差不大于5%；

检测仪器水平线性：将探头放置在碳梁上，调节检测范围，在A扫描上收集到5次底波，用数显卡尺准确测量碳梁厚度，调节A扫描1：1显示，通过6次反射波所显示深度的和实际测量深度的差值与实际深度的比值来确定仪器的水平线性，比值最大一次即为仪器的水平线性，应不大于1%；

将探头放置在工件上，恒定压力压住，探测底波并调整至基准波高的80%，记下此时仪器的增益读数αdB，根据平底孔对大平底回波分贝差公式：，要求θ1不漏检，因此检测时将增益读数调节至(α+12)dB；

在复合材料表面均匀喷涂耦合剂（水），将耦合剂在工件表面涂布均匀；

按扫查路径图1、2、3路线对碳梁进行无损扫查（如图1所示），其中相邻探头移动覆盖区至少为有效探头直径的10%；

控制相控阵轮式探头以不超过150mm/S适当的扫查速率快速扫查待检区域；

快速扫查过程中记录缺陷的位置；

在快速扫查结束后，对记录缺陷的位置进行精细扫查，记录缺陷的形状及尺寸；

最后将扫描的缺陷形状曲线与标准的缺陷形状曲线进行对比，从而确定缺陷的类型。

缺陷分析：

根据风电叶片主结构碳梁加工工艺分析，纤维、树脂之间主要通过物理界面相结合，且存在明显的各向异性，最容易产生缺陷的部位正是风电叶片主结构碳梁的内部，根据缺陷的实际情况可划分为：夹层、脂浸渍不完全、气孔、夹渣等；根据缺陷形状可分为：片状缺陷、点状缺陷、密集型缺陷；根据缺陷的连续情况可分为：连续型缺陷、非连续型缺陷。

根据缺陷特征分析缺陷性质,对于风电叶片主结构碳梁的平面形缺陷，在不同的方向上探测，其缺陷回波高度明显不同，在垂直于缺陷方向探测，缺陷回波高，平行于缺陷方向则回波底甚至无回波，一般夹层类缺陷属于平面型缺陷。

对风电叶片主结构碳梁进行快速扫描后，根据S扫图片首先判断缺陷的连续性。

综合A-S扫查图片确定缺陷的形状。

根据精细扫查结果，判断缺陷的形状及尺寸，以此确定缺陷的实际情况。

对于点状缺陷，不同方向探测，缺陷回波无明显变化，且各方向探测无较密集相互交接的现象出现，一般气孔、小夹渣等属点状缺陷。

对于密集型缺陷，缺陷波密集且相互交接，在不同方向探测，缺陷回波情况类似，一般树脂浸渍不完全属密集型缺陷。

实例分析：

风电叶片主结构碳梁正常相控阵测试图谱：上下表面波形平稳，内部无杂质回波（如图2所示）。

气孔、夹渣图谱：不同方向探测，缺陷回波无明显变化,未连成片（如图3所示）。

树脂浸渍不完全图谱：该图谱为实测风电叶片主结构碳梁谱图，该谱图中缺陷回波在不同方向探测情况类似，缺陷波密集，相互交接，并且无明显底面回波，经产品实例分析，确定缺陷为树脂浸渍不完全导致（如图4所示）。

Claims (1)

1.一种风电叶片主结构碳梁内部缺陷的快速检测方法，包括下列步聚，

设置超声相控阵探伤仪参数：以零度线性为聚焦法则，超声波声速设置为3000m/s，信噪比大于9dB，调节增益能量使始波、底波能量达到总能量的80%；

检测仪器垂直线性：将探头放置在碳梁上，恒定压力压住，在A显示上找到底波，调节仪器使该底波位于示波屏的中央，并达100%幅度，作为0dB,调节增益旋钮，每次降低2dB，记下相应的波高H直至底波小时，通过理论值与实测值的偏差计算仪器的垂直线性好坏，垂直线性误差不大于5%；

检测仪器水平线性：将探头放置在碳梁上，调节检测范围，在A扫描上收集到5次底波，用数显卡尺准确测量碳梁厚度，调节A扫描1：1显示，通过6次反射波所显示深度的和实际测量深度的差值与实际深度的比值来确定仪器的水平线性，比值最大一次即为仪器的水平线性，应不大于1%；

将探头放置在碳梁上，恒定压力压住，探测底波并调整至基准波高的80%，记下此时仪器的增益读数αdB，检测时将增益读数调节至(α+12)dB；

在碳梁表面均匀喷涂耦合剂；

按扫查路径沿平行的3路线对碳梁进行无损扫查，其中相邻探头移动覆盖区至少为有效探头直径的10%；

控制相控阵轮式探头以不超过150mm/S适当的扫查速率快速扫查待检区域；

快速扫查过程中记录缺陷的位置；

在快速扫查结束后，对记录缺陷的位置进行精细扫查，记录缺陷的形状及尺寸；

将扫描的缺陷形状曲线与标准的缺陷形状曲线进行对比，从而确定缺陷的类型。