院秀芝　齐帆

【摘 要】风电叶片在生产与运输、安装的过程中会因操作不当而产生缺陷，这些缺陷不但会影响叶片的强度和刚度，而且在很大程度上会影响叶片的使用寿命，但是当前大多数的现场监测系统不能对其进行有效检测，使这些缺陷成为后期事故的隐患。文章从阐述缺陷产生的原因出发，对风电叶片的无损缺陷检测的主要方法进行了介绍，重点介绍了超声波检测和热成像检测的原理、方法、过程与注意事项，并进一步比较了两者在检测风电叶片领域的应用与优缺点。对指导风电叶片的无损检测、延长其使用寿命有一定的现实意义。

【关键词】超声波检测；热成像检测；风电叶

【中图分类号】TG115.285 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）04-0151-02

风电叶片是以树脂为基体，玻璃纤维布为增强体，真空灌注而成的一种复合材料产品，壳体区域还会填充一些Balsa及PVC，同时接缝区域采用胶粘剂黏接而成。从宏观角度看，风电叶片主要由2个部分组成，即壳体与腹板，其中腹板与壳体之间的黏接，以及壳体自身的前缘、后缘黏接对叶片的结构都起到了非常重要的作用。目前，风电行业对叶片黏接区域的检测主要涉及腹板黏接区域检测，受到多种因素的影响，以及叶片前、后缘结构的特殊性，目前叶片厂家利用超声波对前缘、后缘黏接质量的检测较少。

1 叶片易发生缺陷的类型

1.1 生产制造类缺陷

风电叶片目前自动化程度低，更多的是依靠手工作业，制作过程的操作细节决定了叶片质量的优劣。虽然当前风电叶片的制造工艺均从传统的手糊袋压更改为真空灌注，在很大程度上减少了人为因素的影响。但是，每一层纤维布的铺设、树脂的灌注过程与方法、黏接界面的处理及胶粘剂的刮涂等，都需要手工完成。如果操作人员操作不熟练，同时缺少过程控制，就会导致很多常见的缺陷产生，如纤维布褶皱、分层、干纤维、气泡、黏接宽度不足及缺胶等。叶片缺陷很多属于隐蔽工程，成型后较难发现，但都在一定程度上对叶片的强度和刚度造成了影响。

1.2 转运损伤缺陷

风电叶片尺寸由早期的20 m以下逐渐发展到40 m左右、50 m以上，甚至达到目前的70～80 m，长度、宽度、高度“三超”，运输、安装的操作不当都会造成冲击损伤。通常情况下，叶片受到钝物撞击，表面并不会出现明显的伤痕，但叶片的结构部分可能已经受到损伤，如玻璃钢的分层破坏。此类缺陷很难发现，如果带病运行，则会埋下隐患，影响叶片的使用寿命。

1.3 运行出现缺陷

叶片运行是一个长期的过程，20年的寿命周期是一个很漫长的过程，在此过程中，叶片运行环境不断变化，启动、加速、匀速、减速、停机等动作不断地重复，且存在外部自然条件的干扰，诸如雷电、风霜、冰雪等。在此环境条件下，叶片随着承受载荷的不断累加，微小的缺陷也会不断地扩大，逐步影响叶片的使用。

2 超声波检测在风电叶片中的应用

2.1 检测设备与原理

目前，风电叶片无损检测中使用的超声波检测设备主要为常规超声设备Epoch600或650，利用此设备做检测，叶片用复合材料介质不像金属般均匀，声波传播差异性大，这也为超声波在风电叶片无损检测方面的应用提供了可能。

目前，通过超声波检测的方式能够检测发现的缺陷包括叶片复合材料中的分层，以及脱粘、缺胶、气泡、褶皱等缺陷。

2.2 检测设备标定

模拟筋板实际黏接情况制作样块，厚度为21 mm，设计3处黏接缺陷，第一处为5 cm×3 cm，第二处为4 cm×3 cm，第三处为φ2 cm的圆形缺陷。

（1）调节设备声速，使得仪器检测的工件厚度与实际厚度一致。

（2）在工件上扫查，能够准确地将3处缺陷的位置及尺寸检测出来。

设备在满足以上2点之后，说明标定合格，方可到叶片上进行检测。此外，设备每次使用前需要标定，标定记录每周记录一次。

2.3 检测方法

先沿着叶片弦向扫查，确定La处前后缘筋板黏接宽度，再以此方法确定Lb处前后缘筋板黏接宽度，记录在报告里，并标记在壳体表面，其中La与Lb相隔1 m，在La与Lb之间的区域做往复扫查，黏接宽度数据不计入报告里，扫查路线如图1箭头描述方向，其中每2条扫描路线之间的距离d小于15 cm，按照此方法扫描全部筋板黏接区域。若发现缺陷，需在缺陷周围做密集扫查，将缺陷尺寸及位置描述出来，记录在报告里。

2.4 超声波检测的应用

超声波检测除了可以检测玻璃钢工件厚度外，还可以进行胶粘剂黏接空洞检测、胶粘剂黏接宽度不足检测和其他结构检测。

2.4.1 玻璃钢工件厚度检测

检测玻璃钢工件厚度是超声波最基础的功能之一，选取一个阶梯样块，厚度分别为34 mm、31 mm，利用常规超声波设备Epoch600测量其厚度，读取波形显示测量厚度分别为33.08 mm、30.48 mm，设备测量值与实际值基本一致，由于复合材料的特殊性，使得两者之间存在一定的误差。

2.4.2 胶粘剂黏接空洞检测

超声检测叶片复合材料胶粘剂空洞：根据超声检测有胶粘剂黏接时与未黏接时波形变化，可检测出黏接处的黏接空洞。

2.4.3 胶粘剂黏接宽度不足检测

常规超声波探头放在纯玻璃钢区域时，波幅达到80%，到达黏接区域时波幅明显降低，且会出现第二个界面波，此时在叶片壳体标出对应位置，当底波突然又回到80%波高时，说明黏接区域结束，在叶片壳体上标出对应位置，2个标记之间的距离即为腹板黏接的宽度，再与设计的黏接宽度做比较，判断黏接宽度是否满足要求。

2.4.4 其他结构检测

当胶粘剂的厚度超厚或者超薄时，回波的情况均会发生变化；如何准确地区分挤出胶的宽度，不把挤出胶的宽度算在有效的黏接宽度范围内；以上的结构均已经通过实验验证了回波的情况，在此不再描述。

3 热成像检测在风电叶片中的应用

3.1 检测设备与原理

目前，在风电叶片无损检测中使用的热成像设备主要是FLIRi7型热成像仪。

热成像仪检测原理是运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值。

3.2 热成像检测过程

在某型号风电叶片试验红外热成像检测筋板SS面黏接效果，試验工序筋板SS已经固化。在不同温度下检测均能够有效、准确地检测出缺陷。

3.3 检测时间段选择

在筋板SS面填胶时试验检测效果，由于此段时间胶粘剂与存在的气泡温差不明显，检测效果很差。筋板固化升温后，检测效果良好。

4 结论

超声波检测和热成像检测目前广泛应用在风电叶片黏接检测中，效果明显，对于风电叶片质量监控、质量风险管控具有积极意义。两者在使用过程中既有相同的功能，又有不同：对于筋板SS面黏接检测，红外热成像比超声波更具有适用性，风电叶片主梁厚度最大达到50 mm以上，热成像无法实施，因此对于筋板PS面黏接检测，超声波更具有适用性；红外热成像检测SS面全部黏接区域耗时约0.5 h，而超声波耗时约4 h；红外热成像检测发现空洞合模过程即可维修，打孔注胶消耗成本很少，超声波发现空洞需开窗维修，维修成本高，且存在维修风险；红外热成像对于黏接空洞检出效果良好，超声波更适合检测筋板黏接宽度。

参 考 文 献

[1]郑辉，林树青.超声检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

[2]张俊哲.无损检测技术及其应用[M].北京：北京科学出版社，2010.

[3]岳大皓，李晓丽，张浩军.风电叶片红外热波无损检测的实验研究[J].北京红外技术，2011，33（10）.

[责任编辑：陈泽琦]