对复合材料风叶进行超声波探伤检查方法
对于封闭的不利于拆卸检查风叶的设备,可通过超声波对待测样本材料进行检测,能检查邮材料内部出现缺陷或者损伤,将会影响超声的传播途径,由此可以判断结构材料的内部损伤和损伤定位,这就是超声波检测技术。经过很多年的成熟发展,各种超声波检测仪也被陆续研发出来,在金属材料,混凝土材料,纤维复合材料中都有广泛的应用,目前正在努力实现大规模商业化,以此来降低研发和生产成本。
使用复合材料生产风机叶片不仅可以降低生产成本,而且复合材料的各项优异性能会提高风机发电的效率,在设计模型表面逐层铺设复合材料,可以利用复合材料的向异性能使超声检测的反馈模式出现多样化。随着图像处理技术的成熟发展,利用声波在不同介质中的传播规律,对超声反馈模式进行分类识别,可以很方便地区分结构内部损伤的类型,这也是目前大部分风机叶片生产制造商采用超声检测的重要原因。超声检测技术设备类型目前使用的较普遍的是单探头和双探头,单探头的原理主要是利用超声波反射峰的幅值和时差来确定损伤的位置,在超声穿透性不强的材料中应用比较广泛;双探头顾名思义就是一个是超声发射端,一个是超声接收端,像风机叶片这样超声穿透性强的复合材料放在两个探头之间,一面发射信号,一面接收信号,可以根据接收信号的幅值、频率、峰值时差来进行损伤定位。
利用超声检测技术对风机叶片进行了检测尝试,主要是对风机叶片的局部关键部位进行了检测,并且搭建了一套风机叶片远程结构监测系统。试验发现只有风机叶片内部裂纹与叶片表面平行时,超声传播的途径才会出现异常,对于其他角度的损伤,尤其是形状不规则的其他类型缺陷,检测效果较差,而且无法确定损伤出现在复合材料第几层铺设上面,定位精度较差,也不能实现检测的连续性。
超声波检查的原理研究了一套目前较先进较高效检测方法,即H扫描技术,这种技术主要针对风机叶片这种大型复合材料的构件。这套技术的核心就是实现了超声探头的自动高速扫描,可以将大型的复合材料全部区域信息集中整合起来,研究了各种损伤类型超声反射的规律,再根据材料的各种参数,厚度、材料类型、材料内部裂纹深度、大小等结构参数,用不同的颜色和形状在显示器上显示出来,可以非常有效简单的检测出复合材料内部的全部特征。这套系统的成功研制对复合材料的超声探伤研究有一定的推动作用,大大增加了复合材料产品出厂的合格率,提高了风机叶片的疲劳寿命。
复合材料参数弹性模量对超声检测结果的影响。改变复合材料弹性模量参数会对超声横波、纵波在碳纤维复合材料内部的反射和折射情况产生较大影响,为如何使用复合材料的参数和获得较佳的超声检测结果提供了一定的参考。
超声探头进行了局部优化,提高了对复合材料内部缺陷信号的识别。表明,基于碳纤维树脂基复合材料的超声检测研究非常接近于实际生产的应用要求,探头的改进可以获取缺陷信息的耦合方式,进一步提尚了定位精度。
在材料损伤领域,超声探伤技术是一门发展比较成熟的技术,不仅可以提高损伤程度的识别,还可以提高损伤定位的精度。但是对于大型的复合材料来说,很难实现全部区域的损伤检测,尤其是兆瓦级以上的风机叶片,长度可达几十米,只能实现局部范围的检测,很难建成全面有效的监测系统。检测的效果还会受到材料的类型和探测角度的影响,成本较高。