風(fēng)電葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件之一，一般由碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制備而成。在生產(chǎn)過(guò)程中，由于工裝模具變形、部件變形、制造工藝的隨機(jī)因素和人為因素的影響，葉片難免出現(xiàn)孔隙、裂紋、分層、缺膠等缺陷。另外，在葉片的運(yùn)輸、吊裝、運(yùn)行過(guò)程中，也會(huì)由于遭到意外撞擊、防護(hù)層脫落等原因，造成葉片結(jié)構(gòu)損傷的產(chǎn)生、擴(kuò)展與積累，最終導(dǎo)致風(fēng)電葉片的破壞。因此無(wú)論是生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)，還是使用過(guò)程中的跟蹤檢測(cè)都顯得十分重要。

葉片無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是指在不損害或不影響被檢測(cè)葉片使用性能的前提下，采用射線、超聲、紅外、電磁等原理技術(shù)，并結(jié)合儀器，對(duì)葉片材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異?；蛉毕荽孢M(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)，該技術(shù)是除了采用嚴(yán)格的工藝要求盡量避免出現(xiàn)缺陷外，保證葉片材料可靠應(yīng)用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)葉片缺陷的重要手段。

圖1 主梁區(qū)域的常見缺陷

從以往接觸式無(wú)損檢測(cè)研究來(lái)看，聲波對(duì)材料中的缺陷非常敏感。超聲無(wú)損檢測(cè)一直是使用頻率較高的檢測(cè)手段，所以超聲回波檢測(cè)、相控陣檢測(cè)、空氣耦合超聲檢測(cè)、電磁超聲檢測(cè)以及激光超聲檢測(cè)等為代表的非接觸式超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)則是研究的熱點(diǎn)。

超聲回波技術(shù)是一種常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)的原理也十分簡(jiǎn)單，短脈沖的超聲信號(hào)施加到目標(biāo)區(qū)域，然后信號(hào)經(jīng)過(guò)散射和反射之后被檢測(cè)到，通過(guò)信號(hào)處理獲取圖像數(shù)據(jù)。而檢測(cè)區(qū)域的深度則由信號(hào)結(jié)構(gòu)的時(shí)間來(lái)確定，因此該技術(shù)可以有效地檢測(cè)碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的厚度。相比傳統(tǒng)的超聲轉(zhuǎn)換裝置，相陣列超聲檢測(cè)裝置由16～256個(gè)小的脈沖發(fā)生裝置組成。一個(gè)相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)高端的計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)控制和運(yùn)行不同的元件，然后進(jìn)行檢測(cè)和收集回波信號(hào)。相比傳統(tǒng)的缺陷檢測(cè)，相控陣檢測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)不同的路徑來(lái)完成信號(hào)收集，因此增加了檢測(cè)的靈活性和有效性?？諝怦詈铣暀z測(cè)和普通超聲波的傳遞過(guò)程一樣，唯一的區(qū)別在于耦合介質(zhì)的不同，空氣耦合超聲檢測(cè)過(guò)程中，空氣取代了水和凝膠介質(zhì)。該檢測(cè)技術(shù)是一種無(wú)接觸的測(cè)試技術(shù)，可以有效地消除水和凝膠在測(cè)試過(guò)程中帶來(lái)的微小變動(dòng)，因此該技術(shù)的測(cè)試校準(zhǔn)和檢測(cè)過(guò)程都較快。電磁超聲檢測(cè)技術(shù)是利用電磁耦合方法激勵(lì)和接收超聲波，與傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)技術(shù)相比，它具有精度高、不需要耦合劑、非接觸、適于高溫檢測(cè)以及容易激發(fā)各種超聲波形等優(yōu)點(diǎn)。

激光超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的重要方向。這是一種利用激光來(lái)產(chǎn)生和探測(cè)超聲波進(jìn)而檢測(cè)材料和結(jié)構(gòu)中缺陷的非接觸無(wú)損檢測(cè)方法，與常規(guī)壓電超聲檢測(cè)技術(shù)相比，激光超聲檢測(cè)技術(shù)具有非接觸和高分辨力的特點(diǎn)，并可與光學(xué)掃描技術(shù)結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率的檢測(cè)；另外，激光超聲可以高精度定位，定量表征材料缺陷及損傷，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，更易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)與大壁厚構(gòu)件的跟蹤掃查，以及檢測(cè)封閉區(qū)域，在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)快速檢測(cè)中具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。激光超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)檢測(cè)風(fēng)電葉片內(nèi)部缺陷是一種綜合性能更佳方法，因此國(guó)內(nèi)風(fēng)電葉片生產(chǎn)廠和檢測(cè)機(jī)構(gòu)也多選用此種方法。

圖2 復(fù)雜型面復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的激光超聲檢測(cè)

圖3 窩結(jié)構(gòu)的激光超聲C掃描檢測(cè)結(jié)果

圖4 碳纖維樹脂復(fù)合材料分層的激光超聲C掃描檢測(cè)結(jié)果

如圖2所示，激光超聲檢測(cè)技術(shù)與機(jī)器人相結(jié)合，應(yīng)用于大曲率復(fù)雜型面復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的缺陷／損傷檢測(cè)。如圖3所示，蜂窩結(jié)構(gòu)為14mm厚，缺陷的尺寸為25mm和50mm，測(cè)結(jié)果看出，位于上中下3層的缺陷均可檢測(cè)出來(lái)，檢出了位于蜂窩結(jié)構(gòu)不同深度的脫黏損傷，這顯示出激光超聲技術(shù)的優(yōu)越檢測(cè)能。如圖4所示，掃描試樣得到的C型圖，是碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，試樣中有無(wú)分層缺陷位置的激光超聲信號(hào)，其中分層型缺陷的形狀、尺寸和分布與試樣中預(yù)置聚四氟乙烯薄片的特征相符，采用激光超聲無(wú)損檢測(cè)方法可以有效檢出碳纖維樹脂基復(fù)合材料內(nèi)部直徑2mm以上的分層型缺陷。

對(duì)于激光超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，目前取得的成果已經(jīng)很可觀，并有諸多應(yīng)用于復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)的案例?，F(xiàn)階段，可以看出激光超聲無(wú)損檢測(cè)方法擁有非接觸測(cè)量，時(shí)間空間分辨率高，靈敏度高，高效準(zhǔn)確，能在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，適用葉片復(fù)合材料各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)和各種惡劣環(huán)境，相對(duì)于其他無(wú)損檢測(cè)方式有大量獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。雖然目前還存在這一些技術(shù)難題，包括成本、激光器改進(jìn)、光聲轉(zhuǎn)換效率、以及智能化等問題，但技術(shù)人員對(duì)激光超聲技術(shù)的探索從未停止，相信經(jīng)過(guò)努力，這些難題終究會(huì)得到解決。