專(zhuān)、用低頻相控陣探頭和夾持器在 GFRM 和 CFRM 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片檢測(cè)中的應(yīng)用

 應(yīng)用：

 相控陣檢測(cè)解決方案用于檢測(cè)風(fēng)電葉片中的粘接區(qū)域。

 背景：

在其使用壽命期間，風(fēng)電葉片承受相當(dāng)大的升力。為了保證葉片組件的基本剪切強(qiáng)度，頂部和底 部的葉片外殼通過(guò)一組抗剪腹板粘合在一起。葉片殼體是粘結(jié)在抗剪腹板上的外殼部分，通常由 厚 GFRM（玻璃纖維增強(qiáng)材料）或 CFRM（碳纖維增強(qiáng)材料）制成，以增加結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性。風(fēng)力葉片的完整性高度依賴(lài)于抗剪腹板和翼葉片殼體之間的結(jié)合質(zhì)量。

為了驗(yàn)證粘接的完整性，奧林巴斯開(kāi)發(fā)了一種新型相控陣檢測(cè)解決方案。該套件與OmniScan?MX，MX2 和 SX 探傷儀以及 FOCUS LT?和 FOCUS PX?數(shù)據(jù)采集儀器完全兼容。

風(fēng)電葉片的典型橫截面

存在的問(wèn)題

由于抗剪腹板和葉片殼體通過(guò)不同厚度的粘合劑粘合在一起，因此必須檢查兩個(gè)界面：

1. 葉 片殼體和粘合劑之間以及

2. 粘合劑和抗剪腹板之間。

除了風(fēng)葉的結(jié)構(gòu)復(fù)雜之外，裝配材料在聲學(xué)上不友好的特性可能成為檢驗(yàn)障礙。風(fēng)力葉片殼體通 常使用玻璃纖維制造，并且粘合劑由環(huán)氧樹(shù)脂制成。 這些材料非常迅速地衰減超聲波束，使超聲波檢測(cè)極具挑戰(zhàn)性。

由于標(biāo)準(zhǔn)探頭和支架不適用于風(fēng)葉檢測(cè)，因此我們開(kāi)發(fā)了一種改進(jìn)的相控陣解決方案，該解決方 案具有優(yōu)化的探頭和支架設(shè)計(jì)。

雖然 OmniScan?探傷儀是在制造或在役檢測(cè)過(guò)程中手動(dòng)或半自動(dòng)檢測(cè)的首、選儀器，但 FOCUS PX?采集儀器可用作制造過(guò)程中定制自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的一部分。

解決方案

該解決方案基于安裝在支架上的大口徑低頻相控陣探頭。  該支架可以安裝一個(gè)用于手動(dòng)編碼檢測(cè)的編碼器，或者安裝在 GLIDER?掃描儀上進(jìn)行半自動(dòng)化 2 軸測(cè)繪。

風(fēng)力機(jī)葉片試驗(yàn)樣品

有兩個(gè)主探頭支架：半接觸式設(shè)計(jì)將探頭表面靠近部件表面，而AQ25  設(shè)計(jì)采用25  毫米Aqualene延遲線。

半接觸式支架非常適合檢查葉片較厚的部分。它的高能量超聲波束更深入地穿過(guò)該部分，沒(méi)有任 何重復(fù)的表面回波。 缺點(diǎn)是接近表面的盲區(qū)增加。

Aqualene 支架可提高表面附近的分辨率，因此更適用于較薄部件（厚度可達(dá) 40 mm）。

這兩種設(shè)計(jì)都有一個(gè)平面或輪廓的變化。 雖然輪廓模型非常適合沿著葉片長(zhǎng)度進(jìn)行掃描，但平面模型可用于掃描寬度。

設(shè)備

相控陣解決方案由下列項(xiàng)目組成：

左：相控陣探頭中心：Semicontact 支架右：Aqualene 支架

結(jié)果

測(cè)試一：厚板葉片檢測(cè)，對(duì)風(fēng)電葉片的切片樣品進(jìn)行測(cè)試。

下圖顯示了半接觸支架和 50 mm 厚樣品上的 1 MHz 探頭獲得的結(jié)果。 反射器是兩個(gè) 12.5 mm

的平底孔（FBH），位于 16 mm 和 32 mm 深處。

模擬葉片蒙皮的分層，在 time-of- flight 和 C 掃描中均可輕松檢測(cè)到這兩種指示。

測(cè)試二：粘接區(qū)域檢測(cè)

使用與 GLIDER TM 掃描儀相似的定制 2 軸編碼掃描儀在制造中的風(fēng)電葉片上進(jìn)行測(cè)試。 數(shù)據(jù)通過(guò)帶有 1 MHz I5 PA 探頭和連接支架的 OmniScan?MX2 采集。

C   掃描用于全、面查看兩個(gè)抗剪腹板的粘合情況。兩條藍(lán)線表示抗剪腹板與葉片殼體的接合界面， 波束在腹板中傳播，導(dǎo)致返回信號(hào)的幅度較低。 C-掃描也可使用測(cè)量光標(biāo)來(lái)測(cè)量粘接的寬度。在這個(gè)測(cè)試中，寬度約為 130 毫米。 紅色的區(qū)域代、表沒(méi)有粘合的地方。 在那里，我們觀察到殼體的底面反射信號(hào)強(qiáng)烈。

在這個(gè)應(yīng)用中，粘合劑的厚度足夠大，可以區(qū)分兩個(gè)界面。 在 S  掃描和 A  掃描視圖中使用測(cè)量光標(biāo)，粘合劑被確定為 15 毫米厚。

為了檢測(cè)類(lèi)似葉片之類(lèi)的大面積工件，可以使用 2 軸編碼的掃查器。 GLIDER 掃描儀可以針對(duì)風(fēng)力葉片的檢測(cè)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。 GLIDER 掃查架的總長(zhǎng) 72 英寸，沿著葉片長(zhǎng)度方向放置。 第二根軸的長(zhǎng)度為 24 英寸，因此它可以覆蓋一般的的抗剪腹板結(jié)構(gòu)。

測(cè)試 3：薄板葉片檢測(cè)

該測(cè)試是在具有 12.5 毫米平底孔（FBH）的樣品上進(jìn)行的，該樣品模擬了葉片中的層壓。由于葉片相對(duì)較薄（7.7 毫米），因此選擇 Aquelene 支架（AQ25），它能夠檢測(cè)更接近表面的缺陷， 探頭是 1 MHz I5。

在下圖中，我們清楚地看到位于表面下 3.6 mm 處的模擬缺陷。

結(jié)論

奧林巴斯開(kāi)發(fā)了一種專(zhuān)、用于葉片殼體及粘接區(qū)域的相控陣解決方案。雖然葉片的聲衰減、形狀和 結(jié)構(gòu)使其很難檢測(cè)，但該解決方案的精心構(gòu)思設(shè)計(jì)解決了這些問(wèn)題，同時(shí)提供了高分辨率數(shù)據(jù)和 成像。相控陣檢測(cè)葉片

的結(jié)構(gòu)完整性具有更多的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)更少的操作員依賴(lài)性檢查。