張 瑞，江一杭，別春華，楊 忠，馬 騰

(東方電氣(天津)風(fēng)電葉片工程有限公司 天津 300480)

1 風(fēng)電葉片模具管道用PP-R管材

風(fēng)電葉片制作采用傳統(tǒng)的樹(shù)脂傳遞模壓工藝加上真空輔助灌注(Vacuum Assisted resin transfer moulding，簡(jiǎn)稱 VARTM)[1]。如圖 1所示，在模具型面上鋪設(shè)流道，樹(shù)脂在真空作用下滲入并充滿模腔，流道一般為滲透性材料或者網(wǎng)格材料。VARTM 成型工藝把纖維增強(qiáng)體放置在單面模具上，纖維增強(qiáng)體上鋪放滲透材料，另一面用真空袋密封，整個(gè)真空系統(tǒng)依靠主管道進(jìn)行持續(xù)抽氣保證系統(tǒng)真空度，直至玻璃鋼完全固化[2]。

圖1 VARTM灌注系統(tǒng)圖示Fig.1 Illustration of VARTM perfusion system

風(fēng)電葉片制作模具主管道為無(wú)規(guī)聚丙烯管(polypropylene random，以下簡(jiǎn)稱 PP-R)，葉片制作過(guò)程中，主管道需要一直進(jìn)行抽氣直至葉片殼體固化，如果抽氣口位置保護(hù)不當(dāng)，當(dāng)灌注完成后就會(huì)有樹(shù)脂進(jìn)入管道發(fā)生主管道堵塞，葉片將會(huì)因抽氣動(dòng)力不足導(dǎo)致真空度不足，進(jìn)而造成玻璃鋼制品的灌注缺陷，如圖2所示，導(dǎo)致了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖2 主管道堵塞造成的灌注缺陷Fig.2 Perfusion defect due to blocked main line

目前風(fēng)電葉片的主管道采用水管常用材料 PP-R管道，其原料粒子是無(wú)色透明的，添加色母后就有了顏色。因光照可以讓水中藻類生長(zhǎng)造成堵塞和污染，故 PP-R塑料管道作為水管使用時(shí)對(duì)遮光性有要求，根據(jù)GB/T 21300—2007標(biāo)準(zhǔn)中提到的塑料管道不透光率按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求需要達(dá)到 0.2%。目前市面上可以買(mǎi)到的管道基本上為綠色、白色、灰色，也有廠家為了吸引眼球做成橘紅色、紅色等更具個(gè)性化的亮彩色，當(dāng)管道內(nèi)部存在少量到大量的樹(shù)脂時(shí)，如圖3、4所示，因其不透明故無(wú)法采用目視方法檢查管道內(nèi)部樹(shù)脂情況。

圖3 少量樹(shù)脂進(jìn)入管道導(dǎo)致管道半堵塞Fig.3 Semi-blockage of pipe caused by small amount of resin

圖4 大量樹(shù)脂進(jìn)入管道導(dǎo)致管道全堵塞Fig.4 Complete blockage of pipe caused by large amount of resin

2 數(shù)字射線檢測(cè)方法與效果

2.1 數(shù)字射線檢測(cè)原理

射線檢測(cè)原理為：X射線在穿過(guò)待測(cè)物體時(shí)，能量會(huì)發(fā)生衰減導(dǎo)致有一部分 X射線穿過(guò)到達(dá)膠片或感光探測(cè)器。待測(cè)物體組成一致，厚度均勻，則在膠片或探測(cè)器上形成灰度一致，不會(huì)有灰度差；如果待測(cè)物體存在缺陷或不一致的夾雜，缺陷會(huì)導(dǎo)致射線穿過(guò)待測(cè)物體時(shí)衰減不一致，此時(shí)會(huì)在膠片或者探測(cè)器上形成灰度差。

DR(Digital radigraphy)數(shù)字放射成像系統(tǒng)，是利用FPD平板進(jìn)行影像獲取，直接傳輸至電腦，在電腦上進(jìn)行圖像處理及優(yōu)化，圖像易于保存、檢索、傳輸。

2.2 數(shù)字射線檢測(cè)結(jié)果

截取長(zhǎng)度為300mm無(wú)進(jìn)膠和部分進(jìn)膠的風(fēng)電葉片模具主管道，如圖 5、圖 6所示，規(guī)格為直徑50mm、長(zhǎng) 5.6mm，材質(zhì)為聚丙烯(PPR)材質(zhì)。使用DR設(shè)備型號(hào)為 ZX DR75PIXX4343。采取透照參數(shù)為電壓75kV，曝光時(shí)間5s。

圖5 無(wú)進(jìn)膠管道實(shí)物照片F(xiàn)ig.5 Photo of pipe without resin

圖6 進(jìn)膠管道實(shí)物照片F(xiàn)ig.6 Photo of pipe with resin

對(duì)截取的管道采取不同的透照方向進(jìn)行透照，對(duì)無(wú)樹(shù)脂的管道進(jìn)行射線透照，其透照方向如圖 7所示，得到 DR的測(cè)試圖像如圖 8所示；對(duì)有樹(shù)脂的管道自上而下進(jìn)行射線透照，其透照方向如圖 9所示，得到 DR的測(cè)試圖像如圖 10所示；對(duì)有樹(shù)脂的管道水平方向進(jìn)行透照，其透照方向如圖 11所示，得到DR的測(cè)試圖像如圖12所示。

圖7 無(wú)進(jìn)膠管道透照示意圖Fig.7 Transillumination diagram of pipe without resin

圖8 無(wú)進(jìn)膠管道DR測(cè)試結(jié)果Fig.8 DR test results of pipe without resin

圖9 部分進(jìn)膠管道垂直透照示意圖Fig.9 Vertical transillumination diagram of pipe with some resin

圖10 部分進(jìn)膠管道垂直透照DR測(cè)試結(jié)果Fig.10 DR test results of vertical transillumination of pipe with some resin

圖11 部分進(jìn)膠管道水平透照示意圖Fig.11 Horizontal transillumination diagram of pipe with some resin

圖12 部分進(jìn)膠管道水平透照DR測(cè)試結(jié)果Fig.12 DR test results of horizontal transillumination of pipe with some resin

通過(guò) DR測(cè)試結(jié)果可以得出以下結(jié)論：DR測(cè)試對(duì)射線方向要求高，在進(jìn)膠管道垂直透照的情況下，由于透照方向樹(shù)脂厚度變化屬于平緩變化，射線衰減屬于平緩衰減，與無(wú)進(jìn)膠管道 DR測(cè)試結(jié)果對(duì)比，雖然灰度有所變化，但是灰度界限不明顯，測(cè)試效果不好，只有水平透照 DR測(cè)試效果最佳。為了改善上述透照方法效果差的情況，可以采取相同規(guī)格無(wú)樹(shù)脂管道作為對(duì)比樣塊，并通過(guò)相同測(cè)試參數(shù)下兩者的測(cè)試圖像進(jìn)行甄別內(nèi)部有無(wú)樹(shù)脂。

DR水平透照測(cè)試方法可以作為管道內(nèi)部有無(wú)樹(shù)脂的檢測(cè)方法，因?yàn)閄射線檢測(cè)具有輻射性，所以在車(chē)間使用時(shí)需要做好輻射防護(hù)。

3 超聲波檢測(cè)方法與效果

3.1 超聲波檢測(cè)原理

超聲波從 PPR管外壁到達(dá)內(nèi)壁時(shí)，在內(nèi)壁界面發(fā)生聲波反射和透射，由于內(nèi)部是空氣或者樹(shù)脂，只有該界面反射聲壓差別較大時(shí)才能根據(jù)反射波強(qiáng)度判斷內(nèi)部是空氣還是樹(shù)脂。

測(cè)試過(guò)程中涉及的聚丙烯管道，環(huán)氧樹(shù)脂和空氣相關(guān)參數(shù)如表 1所示。聲波反射率與兩種物質(zhì)的聲阻抗有關(guān)，聲阻抗公式為[3]：Z＝ρv

表1 3種物質(zhì)的聲速，密度和聲阻抗Tab.1 Sound velocity，density and acoustic impedance of three substances

其中，Z為界面的阻抗 Pa·s/m3；ρ為該介質(zhì)密度，kg/m3；v為該介質(zhì)中超聲波速，m/s。

其中，r為反射率，%；Pr為反射聲壓，Pa；Pi為入射聲壓，Pa；Z1為第一介質(zhì)聲阻抗，Pa·s/m3；Z2為第 2 介質(zhì)聲阻抗，Pa·s/m3。

如果入射聲波相同，則兩者的當(dāng)量值相差為：

r1、r2為反射率(%)，所以采取超聲波檢測(cè)方法可以分辨內(nèi)部有無(wú)環(huán)氧樹(shù)脂。

3.2 超聲波檢測(cè)結(jié)果

選用奧林巴斯 EPOCH650型超聲波探傷儀以及頻率 5MHz、直徑 6mm 的奧林巴斯超聲波探頭，該主管道的規(guī)格為直徑50mm、長(zhǎng)5.6mm，通過(guò)計(jì)算探頭與管壁間最大間距為 0.18mm，探頭與管道接觸時(shí)間隙示意圖如圖13所示，滿足超聲波耦合要求。

圖13 超聲探頭邊緣與管道外壁的間隙示意圖Fig.13 Schematic diagram of gap between edge of ultrasonic probe and outer wall of pipe

儀器調(diào)試在無(wú)進(jìn)膠的主管道進(jìn)行儀器零點(diǎn)及聲速的調(diào)校，將無(wú)進(jìn)膠管一次底波調(diào)至 80%波高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)制作的進(jìn)膠管道試樣進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)底波降至25%左右，兩者當(dāng)量值相差為：

圖16 無(wú)環(huán)氧樹(shù)脂位置的超聲測(cè)試結(jié)果Fig.16 Ultrasonic test results of inner wall without epoxy resin

h1、h2為在相同增益下的底波高度(%)，與理論計(jì)算基本吻合，在測(cè)試內(nèi)部無(wú)樹(shù)脂位置的測(cè)試圖和波形顯示如圖 14、16所示，測(cè)試內(nèi)部有樹(shù)脂位置的測(cè)試圖和波形顯示如圖 15、17所示。超聲波檢測(cè)方法進(jìn)而可以確定內(nèi)部有樹(shù)脂位置和無(wú)樹(shù)脂分界線，可以估算內(nèi)部樹(shù)脂數(shù)量。若主管道內(nèi)部固化的樹(shù)脂在外力作用下發(fā)生分離，這種情況下采用超聲波檢測(cè)方法無(wú)法完成有效的檢測(cè)。

圖14 內(nèi)壁無(wú)環(huán)氧樹(shù)脂位置測(cè)試照片F(xiàn)ig.14 Test photo of inner wall without epoxy resin

圖15 內(nèi)壁有環(huán)氧樹(shù)脂位置測(cè)試照片F(xiàn)ig.15 Test photo of inner wall with epoxy resin

圖17 有環(huán)氧樹(shù)脂位置的超聲測(cè)試結(jié)果Fig.17 Ultrasonic test results of inner wall with epoxy resin

4 結(jié) 論

①采取數(shù)字射線技術(shù)檢測(cè)管道內(nèi)部有無(wú)樹(shù)脂情況：測(cè)試時(shí)垂直檢測(cè)，由于內(nèi)部樹(shù)脂厚度為漸變變化，檢測(cè)效果不明顯；水平方向射線的測(cè)試可以獲取最佳的圖像。

②采取超聲波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)管道內(nèi)部有無(wú)樹(shù)脂情況：內(nèi)部樹(shù)脂與管道結(jié)合緊密，超聲波檢測(cè)方法可以有效檢出內(nèi)部是否存在樹(shù)脂；內(nèi)部固化的樹(shù)脂與管道內(nèi)壁發(fā)生分離時(shí)，超聲檢測(cè)方法無(wú)法有效檢出。

綜上所述：采取DR檢測(cè)管道時(shí)需要考慮輻射問(wèn)題，無(wú)法與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)同步作業(yè)，所以不便于普及和應(yīng)用；超聲波檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單，效果良好，可以方便地用于風(fēng)電葉片模具主管道內(nèi)部殘膠檢測(cè)。