一種風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接缺陷的無損檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用超聲波無損探傷手段，開展風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接缺陷檢測(cè)的方法。該方法能夠有效檢測(cè)出風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接過程中存在的缺膠缺陷。該方法由以下幾部分組成：檢測(cè)準(zhǔn)備工作；檢測(cè)實(shí)施過程；缺陷判定準(zhǔn)則。該方法采用超聲波探傷技術(shù)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行檢測(cè)，可以客觀反映葉片內(nèi)部聲波反射情況，有效判定葉片內(nèi)部缺陷。
【專利說明】一種風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接缺陷的無損檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械行業(yè)風(fēng)力發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接缺陷的無損檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)功率的不斷提高，風(fēng)電葉片也越來越大，伴隨的材料、工藝水平和質(zhì)量可靠性要求也越來越高。復(fù)合材料以其高的比強(qiáng)度、比剛度及良好的抗疲勞性和耐腐蝕性在風(fēng)力機(jī)葉片中獲得廣泛的應(yīng)用。由于影響復(fù)合材料結(jié)構(gòu)完整性的因素比較多，許多工藝參數(shù)的微小差異都會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生缺陷，使得產(chǎn)品質(zhì)量呈現(xiàn)明顯的離散性，這些缺陷嚴(yán)重影響葉片的機(jī)械性能和完整性。風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)需要滿足20年的工作壽命，缺陷的存在會(huì)在葉片運(yùn)行過程中復(fù)雜交變載荷的影響下進(jìn)一步擴(kuò)展，造成局部薄弱區(qū)，并最終降低葉片的工作壽命。由于風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況的特殊性，需要對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)部缺陷情況通過無損檢測(cè)的方式進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，滿足設(shè)計(jì)和使用要求。
[0003]無損測(cè)試主要包括超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、紅外熱成像檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)、激光錯(cuò)位散斑干涉檢測(cè)等，各種無損測(cè)試方式廣泛應(yīng)用于金屬材料，各自有其自身的優(yōu)勢(shì)。由于風(fēng)力機(jī)葉片尺寸較大，風(fēng)力機(jī)葉片材料具有高衰減性，對(duì)熱的傳導(dǎo)性差，所以在風(fēng)力機(jī)葉片上開展無損檢測(cè)的效果相比金屬材料而言，在信號(hào)穿透力、信號(hào)干擾方面具有很大不同，再加上風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以目前對(duì)缺陷信號(hào)的識(shí)別并沒有成熟的識(shí)別方法。
[0004]目前大型風(fēng)力機(jī)葉片大多采用組裝方式制造，在葉片外殼與內(nèi)部腹板分別制作完成的基礎(chǔ)上，通過結(jié)構(gòu)膠連接，合模固化后制成整體葉片。在實(shí)際制作中，由于工藝等方面的因素，在殼體與腹板本應(yīng)連接的位置，可能發(fā)生缺膠的質(zhì)量缺陷問題。風(fēng)力機(jī)葉片大梁是風(fēng)電葉片中最主要的承力部件，殼體與腹板缺膠的質(zhì)量問題直接影響著風(fēng)力機(jī)葉片的運(yùn)行安全。因此，在葉片生產(chǎn)過程中、制造完成后，乃至機(jī)組運(yùn)行過程中，對(duì)上述缺陷進(jìn)行無損探測(cè)與評(píng)判，具有十分重要的意義。
[0005]本專利所提供方法，就是針對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接缺陷的無損檢測(cè)與判別需求所發(fā)明的，通過一套完整的測(cè)試準(zhǔn)備、實(shí)施流程，識(shí)別風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接處所存在的缺膠缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]針對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接的無損檢測(cè)中，會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種信號(hào)穿透力差，干擾信號(hào)較多，缺乏缺陷判定準(zhǔn)則的問題，需要有一種無損檢測(cè)的方法，涵蓋完整的風(fēng)力機(jī)葉片無損檢測(cè)準(zhǔn)備工作，檢測(cè)實(shí)施過程，缺陷判定準(zhǔn)則，有效識(shí)別風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接缺陷。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明提供了一種利用超聲波探傷手段，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板的粘接情況進(jìn)行無損檢測(cè)的方法，能夠有效地識(shí)別風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接缺陷。其特征在于，該方法由以下幾部分組成:檢測(cè)準(zhǔn)備工作；檢測(cè)實(shí)施過程；缺陷判定準(zhǔn)則。具體步驟如下:
[0010]I)針對(duì)所要檢測(cè)的葉片，根據(jù)葉片實(shí)物與葉片設(shè)計(jì)資料，判斷葉片殼體與腹板在不同位置的結(jié)構(gòu)特征，包括結(jié)構(gòu)尺寸與鋪層情況。
[0011]2)分別在葉片的壓力面和吸力面，對(duì)殼體與腹板相粘接的位置進(jìn)行劃線標(biāo)記，所標(biāo)記的范圍將作為無損測(cè)試的評(píng)定范圍。
[0012]3)根據(jù)步驟2)中劃定位置的葉片材料情況，制作兩塊與劃定位置葉片殼體玻璃鋼材料一致的材料作為標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)試塊。該試塊為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)寬尺寸不小于探頭尺寸，兩塊試塊的厚度不同，分別為20mm和50mmo
[0013]4)根據(jù)所要測(cè)試部位的材料種類與結(jié)構(gòu)厚度，以及所要達(dá)到的探測(cè)精度，初步選定超聲探頭的頻率值，將該頻率的探頭作為測(cè)試探頭。
[0014]5)將初步選定的探頭在步驟3)中制作的校準(zhǔn)試塊上進(jìn)行試測(cè)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行探頭頻率的優(yōu)化選擇，選擇在探測(cè)精度、探測(cè)厚度上最符合要求的探頭。
[0015]6)確定探頭后，利用步驟3)中制作的校準(zhǔn)試塊，對(duì)已有的超聲無損探傷儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，得到針對(duì)所用設(shè)備、探頭和材料準(zhǔn)確的材料聲速和探頭延遲。
[0016]7)采用步驟6)中校準(zhǔn)過的無損探傷儀器，在2)中所標(biāo)識(shí)的風(fēng)力機(jī)葉片范圍內(nèi)，進(jìn)行掃查。為進(jìn)行對(duì)照，也對(duì)標(biāo)記范圍外，單純殼體部分進(jìn)行掃查，作為評(píng)估時(shí)的參考。其評(píng)估判別理論如下；
[0017]在反射式的超聲測(cè)試中，是通過超聲波在被測(cè)物體中的反射信號(hào)，對(duì)被測(cè)體的內(nèi)部缺陷情況進(jìn)行評(píng)判。由于超聲波在腹板與殼體粘結(jié)良好的結(jié)構(gòu)部件內(nèi)的反射情況，與粘結(jié)不好的結(jié)構(gòu)部件內(nèi)的反射情況時(shí)有所差異的，因此，可根據(jù)這種差異性，作為評(píng)價(jià)粘結(jié)好壞的準(zhǔn)則。實(shí)際上，當(dāng)超聲波在粘結(jié)不好的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行傳播時(shí)，由于缺膠的原因，導(dǎo)致腹板與殼體聯(lián)結(jié)處存在空氣間隔，而超聲波在空氣中是難以傳播的，因此，此時(shí)利用超聲設(shè)備所得到的反射信號(hào)，與超聲波在單純殼體中的反射信號(hào)是基本一致的。因此，當(dāng)對(duì)腹板與殼體連接處進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，所得到的信號(hào)，與單純進(jìn)行殼體測(cè)試獲得的信號(hào)相一致時(shí)，可以判明，此處存在空氣間隔，即存在缺膠的缺陷。
[0018]8)在以上檢測(cè)實(shí)施過程中，分為快速掃描與精確掃描兩個(gè)步驟，在快速掃描中，采用合適的掃描速度，對(duì)全部待測(cè)范圍進(jìn)行掃描測(cè)試，根據(jù)步驟7)的判定準(zhǔn)則發(fā)現(xiàn)缺陷位置并進(jìn)行標(biāo)注?？焖賿呙杞Y(jié)束后，在標(biāo)注缺陷位置之處開展精細(xì)掃描，用以劃定缺陷范圍。
[0019]9)通過以上實(shí)施步驟，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片殼體與腹板粘接處缺膠缺陷的發(fā)現(xiàn)與判定。
[0020](三)有益效果
[0021]本發(fā)明填補(bǔ)了針對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接無損檢測(cè)的空白，具有如下明顯的優(yōu)點(diǎn):
[0022]I)能夠有效判斷風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接存在的缺陷。
[0023]2)能夠以較快的速度完成檢測(cè)。

【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]本實(shí)施例對(duì)象為某麗級(jí)風(fēng)力機(jī)葉片，對(duì)該葉片的殼體與腹板粘接部位開展無損檢測(cè)的步驟如下:
[0026]1)針對(duì)該MW級(jí)葉片，查看葉片實(shí)物與葉片設(shè)計(jì)資料，判斷葉片殼體與腹板的粘接寬度、殼體玻璃鋼從葉尖至葉根的鋪層厚度。
[0027]2)分別在葉片的壓力面和吸力面，對(duì)殼體與腹板相粘接的位置進(jìn)行劃線標(biāo)記，確定厚度無損測(cè)試的評(píng)定范圍。
[0028]3)根據(jù)步驟2)中劃定位置的葉片材料情況，制作兩塊與劃定位置葉片殼體玻璃鋼材料一致的材料作為標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)試塊。該試塊為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)寬尺寸分別為200mmX 100mm，兩塊試塊的厚度不同，分別為20mm和50mm。
[0029]4)所要測(cè)試部位的材料種類為玻璃鋼，結(jié)構(gòu)厚度8mm至50mm，所要達(dá)到的探測(cè)精度為5mm，初步選定超聲探頭的頻率值為1MHz，將該頻率的探頭作為測(cè)試探頭。
[0030]5) 1MHz頻率的探頭在步驟3)中制作的校準(zhǔn)試塊上進(jìn)行試測(cè)，驗(yàn)證1MHz頻率探頭在50mm探測(cè)厚度上具有較好的辨識(shí)度，可以用于開展測(cè)試。
[0031]6)利用步驟3)中制作的校準(zhǔn)試塊，對(duì)超聲無損探傷儀器搭配1MHz頻率探頭進(jìn)行校準(zhǔn)，得到針對(duì)該套設(shè)備、探頭和材料準(zhǔn)確的材料聲速為3414m/s，探頭延遲為1.4ms。
[0032]7)采用步驟6)中校準(zhǔn)過的無損探傷儀器，在2)中所標(biāo)識(shí)的風(fēng)力機(jī)葉片范圍內(nèi)，進(jìn)行掃查。為進(jìn)行對(duì)照，也對(duì)標(biāo)記范圍外，單純殼體部分進(jìn)行掃查，作為評(píng)估時(shí)的參考。根據(jù)評(píng)估判別理論，將單純殼體部分的超聲信號(hào)形式作為缺膠缺陷的判定準(zhǔn)則。
[0033]8)在完成以上步驟的前提下，持超聲無損探傷儀器對(duì)該葉片殼體與腹板粘接部位開展自葉尖至葉根的檢測(cè)，首先進(jìn)行快速掃描，采用方便移動(dòng)且探頭與葉片能有效貼合的掃描速度，對(duì)全部待測(cè)范圍進(jìn)行掃描測(cè)試，根據(jù)步驟7)的判定準(zhǔn)則發(fā)現(xiàn)缺陷位置并進(jìn)行標(biāo)注?？焖賿呙杞Y(jié)束后，在標(biāo)注缺陷位置之處開展精細(xì)掃描，用以劃定缺陷范圍。
[0034]9)通過以上實(shí)施步驟，可以發(fā)現(xiàn)并判定該葉片殼體與腹板粘接處缺膠缺陷。
[0035]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明。所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力機(jī)葉片殼體與腹板粘接缺陷的無損檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括檢測(cè)準(zhǔn)備工作、檢測(cè)實(shí)施過程和缺陷判定準(zhǔn)則，具體步驟如下: 1)針對(duì)所要檢測(cè)的葉片，根據(jù)葉片實(shí)物與葉片設(shè)計(jì)指標(biāo)，判斷葉片殼體與腹板在不同位置的結(jié)構(gòu)特征，所述結(jié)構(gòu)特征包括結(jié)構(gòu)尺寸與鋪層情況。 2)分別在葉片的壓力面和吸力面，對(duì)殼體與腹板相粘接的位置進(jìn)行劃線標(biāo)記，將所標(biāo)記的范圍作為無損測(cè)試的評(píng)定范圍。 3)根據(jù)步驟2)中劃定位置的葉片材料情況，制作兩塊與劃定位置葉片殼體玻璃鋼材料一致的材料作為標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)試塊。所述標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)試塊為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)寬尺寸不小于探頭尺寸，兩塊試塊的厚度不同； 4)根據(jù)所要測(cè)試部位的材料種類與結(jié)構(gòu)厚度，以及所要達(dá)到的探測(cè)精度，初步選定超聲探頭的頻率值，將該頻率的探頭作為測(cè)試探頭。 5)將初步選定的探頭在步驟3)中制作的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)試塊上進(jìn)行試測(cè)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行探頭頻率的優(yōu)化選擇，選擇在探測(cè)精度、探測(cè)厚度上最符合要求的探頭。 6)確定探頭后，利用步驟3)中制作的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)試塊，對(duì)已有的超聲無損探傷儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，得到針對(duì)所用設(shè)備、探頭和材料準(zhǔn)確的材料聲速和探頭延遲。 7)采用步驟6)中校準(zhǔn)過的無損探傷儀器，在步驟2)中所標(biāo)識(shí)的風(fēng)力機(jī)葉片范圍內(nèi)，進(jìn)行掃查。為進(jìn)行對(duì)照，也對(duì)標(biāo)記范圍外，單純殼體部分進(jìn)行掃查，作為評(píng)估時(shí)的參考。其評(píng)估判別過程如下: 通過超聲波在被測(cè)物體中的反射信號(hào)，對(duì)被測(cè)體的內(nèi)部缺陷情況進(jìn)行評(píng)判。利用超聲波在腹板與殼體粘結(jié)良好的結(jié)構(gòu)部件內(nèi)的反射情況與粘結(jié)不好的結(jié)構(gòu)部件內(nèi)的反射情況之間的差異性，作為評(píng)價(jià)腹板與殼體粘結(jié)好壞的準(zhǔn)則。當(dāng)對(duì)腹板與殼體連接處進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，所得到的信號(hào)，與單純進(jìn)行殼體測(cè)試獲得的信號(hào)相一致時(shí)，可以判明，此處存在空氣間隔，即存在缺膠的缺陷。如果不一致，則判明不存在空氣間隔，不存在缺膠的缺陷。 8)在以上檢測(cè)實(shí)施過程中，分為快速掃描與精確掃描兩個(gè)步驟，在快速掃描中，采用合適的掃描速度，對(duì)全部待測(cè)范圍進(jìn)行掃描測(cè)試，根據(jù)步驟7)的判定準(zhǔn)則發(fā)現(xiàn)缺陷位置并進(jìn)行標(biāo)注?？焖賿呙杞Y(jié)束后，在標(biāo)注缺陷位置之處開展精細(xì)掃描，用以劃定缺陷范圍。 9)通過以上實(shí)施步驟，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片殼體與腹板粘接處缺膠缺陷的發(fā)現(xiàn)與判定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法采用超聲波探測(cè)作為無損探傷手段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在開展檢測(cè)之前，需要在葉片壓力面和吸力面對(duì)待測(cè)位置進(jìn)行標(biāo)記。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在開展檢測(cè)之前，需要制作與葉片玻璃鋼材料一致的材料作為校準(zhǔn)試塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在開展檢測(cè)之前，需分析粘接良好位置處與無粘接位置處的超聲波反射信號(hào)差異，并將該差異在超聲檢測(cè)設(shè)備中調(diào)整得明顯可分辨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，檢測(cè)實(shí)施過程中，分為快速掃描和精細(xì)掃描。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在掃描中，根據(jù)粘接良好位置處與無粘接位置處的超聲波反射信號(hào)差異，作為判定是否存在缺陷的依據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，兩塊標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)試塊的厚度不同。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK104458910SQ201410777959
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】李蘇威, 石可重 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所