為風電葉片保駕護航：激光超聲無損檢測

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復合材料制備而成。在生產過程中，由于工裝模具變形、部件變形、制造工藝的隨機因素和人為因素的影響，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，也會由于遭到意外撞擊、防護層脫落等原因，造成葉片結構損傷的產生、擴展與積累，最終導致風電葉片的破壞。因此無論是生產過程中的質量檢測，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，并結合儀器，對葉片材料內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。

從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，短脈沖的超聲信號施加到目標區域，然后信號經過散射和反射之后被檢測到，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復合材料的厚度。相比傳統的超聲轉換裝置，相陣列超聲檢測裝置由16～256個小的脈沖發生裝置組成。一個相控陣超聲檢測系統通過高端的計算機設備來控制和運行不同的元件，然后進行檢測和收集回波信號。相比傳統的缺陷檢測，相控陣檢測系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遞過程一樣，唯一的區別在于耦合介質的不同，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，與傳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、適于高溫檢測以及容易激發各種超聲波形等優點。

激光超聲無損檢測技術是近年來國內外研究的重要方向。這是一種利用激光來產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，并可與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，檢測結果準確、可靠，更易于實現復雜結構與大壁厚構件的跟蹤掃查，以及檢測封閉區域，在大型復雜結構快速檢測中具有顯著的技術優勢。激光超聲檢測技術對檢測風電葉片內部缺陷是一種綜合性能更佳方法，因此國內風電葉片生產廠和檢測機構也多選用此種方法。

對于激光超聲無損檢測技術，目前取得的成果已經很可觀，并有諸多應用于復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，適用葉片復合材料各種復雜結構和各種惡劣環境，相對于其他無損檢測方式有大量獨特的優勢。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未停止，相信經過努力，這些難題終究會得到解決。