专 、用低频相控阵探头和夹持器在 GFRM 和 CFRM 风力发电机叶片检测中的应用

 应用 ：

 相控阵检测解决方案用于检测风电叶片中的粘接区域 。

 背景 ：

在其使用寿命期间 ，风电叶片承受相当大的升力 。为了保证叶片组件的基本剪切强度 ，顶部和底 部的叶片外壳通过一组抗剪腹板粘合在一起 。叶片壳体是粘结在抗剪腹板上的外壳部分 ，通常由 厚 GFRM（玻璃纤维增强材料）或 CFRM（碳纤维增强材料）制成 ，以增加结构坚固性 。风力叶片的完整性高度依赖于抗剪腹板和翼叶片壳体之间的结合质量 。

为了验证粘接的完整性 ，奥林巴斯开发了一种新型相控阵检测解决方案 。该套件与OmniScan®MX ，MX2 和 SX 探伤仪以及 FOCUS LT™和 FOCUS PX™数据采集仪器完全兼容 。

风电叶片的典型横截面

存在的问题

由于抗剪腹板和叶片壳体通过不同厚度的粘合剂粘合在一起 ，因此必须检查两个界面 ：

1. 叶 片壳体和粘合剂之间以及

2. 粘合剂和抗剪腹板之间 。

除了风叶的结构复杂之外 ，装配材料在声学上不友好的特性可能成为检验障碍 。风力叶片壳体通 常使用玻璃纤维制造 ，并且粘合剂由环氧树脂制成 。 这些材料非常迅速地衰减超声波束 ，使超声波检测极具挑战性 。

由于标准探头和支架不适用于风叶检测 ，因此老哥俱乐部开发了一种改进的相控阵解决方案 ，该解决方 案具有优化的探头和支架设计 。

虽然 OmniScan®探伤仪是在制造或在役检测过程中手动或半自动检测的首 、选仪器 ，但 FOCUS PX™采集仪器可用作制造过程中定制自动检测系统的一部分 。

解决方案

该解决方案基于安装在支架上的大口径低频相控阵探头 。  该支架可以安装一个用于手动编码检测的编码器 ，或者安装在 GLIDER™扫描仪上进行半自动化 2 轴测绘 。

风力机叶片试验样品

有两个主探头支架 ：半接触式设计将探头表面靠近部件表面 ，而AQ25  设计采用25  毫米Aqualene延迟线 。

半接触式支架非常适合检查叶片较厚的部分 。它的高能量超声波束更深入地穿过该部分 ，没有任 何重复的表面回波 。 缺点是接近表面的盲区增加 。

Aqualene 支架可提高表面附近的分辨率 ，因此更适用于较薄部件（厚度可达 40 mm） 。

这两种设计都有一个平面或轮廓的变化 。 虽然轮廓模型非常适合沿着叶片长度进行扫描 ，但平面模型可用于扫描宽度 。

设备

相控阵解决方案由下列项目组成 ：

左 ：相控阵探头中心 ：Semicontact 支架右 ：Aqualene 支架

结果

测试一 ：厚板叶片检测 ，对风电叶片的切片样品进行测试 。

下图显示了半接触支架和 50 mm 厚样品上的 1 MHz 探头获得的结果 。 反射器是两个 12.5 mm

的平底孔（FBH） ，位于 16 mm 和 32 mm 深处 。

模拟叶片蒙皮的分层 ，在 time-of- flight 和 C 扫描中均可轻松检测到这两种指示 。

测试二 ：粘接区域检测

使用与 GLIDER TM 扫描仪相似的定制 2 轴编码扫描仪在制造中的风电叶片上进行测试 。 数据通过带有 1 MHz I5 PA 探头和连接支架的 OmniScan®MX2 采集 。

C   扫描用于全 、面查看两个抗剪腹板的粘合情况 。两条蓝线表示抗剪腹板与叶片壳体的接合界面 ， 波束在腹板中传播 ，导致返回信号的幅度较低 。 C-扫描也可使用测量光标来测量粘接的宽度 。在这个测试中 ，宽度约为 130 毫米 。 红色的区域代、表没有粘合的地方 。 在那里 ，老哥俱乐部观察到壳体的底面反射信号强烈 。

在这个应用中 ，粘合剂的厚度足够大 ，可以区分两个界面 。 在 S  扫描和 A  扫描视图中使用测量光标 ，粘合剂被确定为 15 毫米厚 。

为了检测类似叶片之类的大面积工件 ，可以使用 2 轴编码的扫查器 。 GLIDER 扫描仪可以针对风力叶片的检测应用进行优化 。 GLIDER 扫查架的总长 72 英寸 ，沿着叶片长度方向放置 。 第二根轴的长度为 24 英寸，因此它可以覆盖一般的的抗剪腹板结构 。

测试 3 ：薄板叶片检测

该测试是在具有 12.5 毫米平底孔（FBH）的样品上进行的 ，该样品模拟了叶片中的层压 。由于叶片相对较薄（7.7 毫米） ，因此选择 Aquelene 支架（AQ25） ，它能够检测更接近表面的缺陷 ， 探头是 1 MHz I5 。

在下图中，老哥俱乐部清楚地看到位于表面下 3.6 mm 处的模拟缺陷 。

结论

奥林巴斯开发了一种专 、用于叶片壳体及粘接区域的相控阵解决方案 。虽然叶片的声衰减 、形状和 结构使其很难检测 ，但该解决方案的精心构思设计解决了这些问题 ，同时提供了高分辨率数据和 成像 。相控阵检测叶片

的结构完整性具有更多的优势 ，从而实现更少的操作员依赖性检查 。