風電葉片是風力發電機組的核心部件之一，一般由碳纖維或玻璃纖維增強複合材料製備而成。在生產(chan) 過程中，由於(yu) 工裝模具變形、部件變形、製造工藝的隨機因素和人為(wei) 因素的影響，葉片難免出現孔隙、裂紋、分層、缺膠等缺陷。另外，在葉片的運輸、吊裝、運行過程中，也會(hui) 由於(yu) 遭到意外撞擊、防護層脫落等原因，造成葉片結構損傷(shang) 的產(chan) 生、擴展與(yu) 積累，最終導致風電葉片的破壞。因此無論是生產(chan) 過程中的質量檢測，還是使用過程中的跟蹤檢測都顯得十分重要。

葉片無損檢測技術是指在不損害或不影響被檢測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，並結合儀(yi) 器，對葉片材料內(nei) 部結構異常或缺陷存進行檢測的技術，該技術是除了采用嚴(yan) 格的工藝要求盡量避免出現缺陷外，保證葉片材料可靠應用，及時發現葉片缺陷的重要手段。

圖1 主梁區域的常見缺陷

從(cong) 以往接觸式無損檢測研究來看，聲波對材料中的缺陷非常敏感。超聲無損檢測一直是使用頻率較高的檢測手段，所以超聲回波檢測、相控陣檢測、空氣耦合超聲檢測、電磁超聲檢測以及激光超聲檢測等為(wei) 代表的非接觸式超聲無損檢測技術則是研究的熱點。

超聲回波技術是一種常用的無損檢測技術，檢測的原理也十分簡單，短脈衝(chong) 的超聲信號施加到目標區域，然後信號經過散射和反射之後被檢測到，通過信號處理獲取圖像數據。而檢測區域的深度則由信號結構的時間來確定，因此該技術可以有效地檢測碳纖維和玻璃纖維增強複合材料的厚度。相比傳(chuan) 統的超聲轉換裝置，相陣列超聲檢測裝置由16～256個(ge) 小的脈衝(chong) 發生裝置組成。一個(ge) 相控陣超聲檢測係統通過高端的計算機設備來控製和運行不同的元件，然後進行檢測和收集回波信號。相比傳(chuan) 統的缺陷檢測，相控陣檢測係統可以通過不同的路徑來完成信號收集，因此增加了檢測的靈活性和有效性。空氣耦合超聲檢測和普通超聲波的傳(chuan) 遞過程一樣，唯一的區別在於(yu) 耦合介質的不同，空氣耦合超聲檢測過程中，空氣取代了水和凝膠介質。該檢測技術是一種無接觸的測試技術，可以有效地消除水和凝膠在測試過程中帶來的微小變動，因此該技術的測試校準和檢測過程都較快。電磁超聲檢測技術是利用電磁耦合方法激勵和接收超聲波，與(yu) 傳(chuan) 統的超聲檢測技術相比，它具有精度高、不需要耦合劑、非接觸、適於(yu) 高溫檢測以及容易激發各種超聲波形等優(you) 點。

激光超聲無損檢測技術是近年來國內(nei) 外研究的重要方向。這是一種利用激光來產(chan) 生和探測超聲波進而檢測材料和結構中缺陷的非接觸無損檢測方法，與(yu) 常規壓電超聲檢測技術相比，激光超聲檢測技術具有非接觸和高分辨力的特點，並可與(yu) 光學掃描技術結合起來實現高效率的檢測；另外，激光超聲可以高精度定位，定量表征材料缺陷及損傷(shang) ，檢測結果準確、可靠，更易於(yu) 實現複雜結構與(yu) 大壁厚構件的跟蹤掃查，以及檢測封閉區域，在大型複雜結構快速檢測中具有顯著的技術優(you) 勢。激光超聲檢測技術對檢測風電葉片內(nei) 部缺陷是一種綜合性能更佳方法，因此國內(nei) 風電葉片生產(chan) 廠和檢測機構也多選用此種方法。

圖2 複雜型麵複合材料結構的激光超聲檢測

圖3 窩結構的激光超聲C掃描檢測結果

圖4 碳纖維樹脂複合材料分層的激光超聲C掃描檢測結果

如圖2所示，激光超聲檢測技術與(yu) 機器人相結合，應用於(yu) 大曲率複雜型麵複合材料結構的缺陷／損傷(shang) 檢測。如圖3所示，蜂窩結構為(wei) 14mm厚，缺陷的尺寸為(wei) 25mm和50mm，測結果看出，位於(yu) 上中下3層的缺陷均可檢測出來，檢出了位於(yu) 蜂窩結構不同深度的脫黏損傷(shang) ，這顯示出激光超聲技術的優(you) 越檢測能。如圖4所示，掃描試樣得到的C型圖，是碳纖維增強環氧樹脂基複合材料，試樣中有無分層缺陷位置的激光超聲信號，其中分層型缺陷的形狀、尺寸和分布與(yu) 試樣中預置聚四氟乙烯薄片的特征相符，采用激光超聲無損檢測方法可以有效檢出碳纖維樹脂基複合材料內(nei) 部直徑2mm以上的分層型缺陷。

對於(yu) 激光超聲無損檢測技術，目前取得的成果已經很可觀，並有諸多應用於(yu) 複合材料無損檢測的案例。現階段，可以看出激光超聲無損檢測方法擁有非接觸測量，時間空間分辨率高，靈敏度高，高效準確，能在線實時檢測，適用葉片複合材料各種複雜結構和各種惡劣環境，相對於(yu) 其他無損檢測方式有大量獨特的優(you) 勢。雖然目前還存在這一些技術難題，包括成本、激光器改進、光聲轉換效率、以及智能化等問題，但技術人員對激光超聲技術的探索從(cong) 未停止，相信經過努力，這些難題終究會(hui) 得到解決(jue) 。