渦輪葉片厚度測量

應用：測量中空金屬渦輪葉片厚度

背景：用于航空發動機和其他高性能系統的許多渦輪葉片都是中空的，從而允許散熱劑在葉片中流通。鑄造過程中的偏芯，機器有問題或者運轉過程中的正常磨損都可能導致葉片的壁厚低于可接受的下限值。如果采用機械的方法測量葉片壁厚，不破壞葉片通常是不可能完成的。但是，使用合適的探頭以及儀器，采用超聲的方法，無需破壞葉片便可以完成測量。
設備：根據葉片的幾何形狀和壁厚，推薦使用三種型號的超聲測量系統：25DL PLUS測厚儀及水浸或延遲探頭。該儀器的波形顯示有助于監控波形和探頭對中。
5072PR或者5800PR脈沖發生接收儀，使用水浸或延遲探頭，從示波器上讀出脈沖傳播時間。
Panametrics－NDT TGM測量系統，該系統包括脈沖發生－接收儀，閘門和時間軟件，一個示波器顯示屏幕，應用于使用高頻探頭的薄壁測量和其他特殊應用。

步驟：對于給定的渦輪葉片應用，推薦使用的確切測量系統要根據客戶的要求以及葉片的聲學性能來確定。以下需要考慮的幾點：
探頭類型：延遲探頭和水浸探頭都可用于葉片測量。延遲探頭通常更容易在葉片表面放置，而水浸探頭通常需要監控波形來確定探頭對中。但是，渦輪葉片的曲率可能使得延遲探頭無法正確地耦合到葉片的凹面側。直徑為3mm的延遲探頭（M203和M208）通常能耦合的zui小凹面半徑約為200mm。在某些情況下，可以改變延遲塊的外形使得探頭能夠耦合到更小半徑的曲面，但是，通常在尖銳的曲面，尤其是葉片的導入端，使用水浸探頭測量。20MHz的噴水探頭V316－B和一個B-120噴水器提供了一組便利的手持組件，可用于葉片水浸探頭測量。在某些使用常規延遲塊無法耦合的凹面的應用，也可使用V260-SM和V260－RM Sonopen聚焦延遲探頭進行測量。

測量模式：使用延遲和水浸探頭，厚度測量可以使用模式2(界面波到*回波)或者模式3（界面波后的回波到回波）。模式3比模式2提供更好的薄材料分辨率，只有當渦輪葉片上的被測點產生多個回波，這才是可能的。如果只有單個可用回波（由于曲率和衰減），測量必須使用模式2. 25DL PLUS型號可以在模式2或者模式3下操作。對于給定的渦輪葉片應用建立*化的設置，在參考標準的幫助下，表現被測量的厚度范圍和幾何形狀。
厚度范圍：典型地金屬葉片，20MHz延遲或者水浸探頭在模式3下可測量的zui后厚度為大約0.006”(0.15mm)，和模式2下為0.020”(0.5mm)。如果更薄測量需要的話，更高頻率配以脈沖發射及收起或者特殊儀器可以被使用。大多數渦輪葉片測量在10MHz或者20MHz下進行。

盲點：空心渦輪葉片有時候在葉片里包含多樣混合結構來定向冷卻液流量或者增加葉片強度。通常地，在翼或者肋骨存在的地方不可能得到底面回波，因為這個結構中斷了獲得好的反射的平滑基面。萬一某個地方結構*空的，一個有小點尺寸的聚焦水浸探頭可以得到較好的回波，相對于一個延遲探頭來說。也有很多案例，銳利的錐形葉片厚度能引起一個情形，壁內部和壁外部值得注意都是非平行的，這個導致回波失真和電位測量錯誤。
在所有案例中，在實際的產品試塊測試的基礎上決定探頭和儀器的結合選擇。

圖1-3是使用Model 25DL PLUS產生的。這儀器顯示屏立即地提供活動的超聲波波形，帶有閘門和厚度讀數。對于困難的應用這是理想的，或者當設置參數需要進一步檢查。

圖1：渦輪葉片模式3測量

圖1顯示了模式3用M208探頭測量一個0.041" (1.05 mm)厚度的凹渦輪葉片機翼后緣。這個曲率在測量點上有充分大的范圍，M208很好的耦合到材料上，清楚的多個回波允許使用模式3測量。

圖2：渦輪葉片的模式2測量

圖2顯示了模式2測量一個0.070" (1.8 mm)厚的凸的渦輪葉片，頁使用一個M208探頭。內部肋骨的存在是回波衰減了一部分，缺乏清楚的多個回波時，模式2被推薦

圖3：水浸技術測量彎曲凸起的葉片部分
圖3顯示了使用V316-BB 20MHz水浸探頭，B-120手持式噴嘴的水浸技術測量一個比較厚(0.051"/1.3 mm)銳利曲率(1"/25mm半徑)凸葉片部分，銳利的凸曲率使得耦合一個延遲探頭比較困難。以這種測量形式，特別在凹面上，它比較必須用于操作者監控波形來保證*化的探頭陣列。

注意：增加水浸和延遲探頭的標準線，我們提供三種特殊的低矮20MHz延遲探頭用于在葉片間空間限制且很難進入的多葉片裝配時測量渦輪葉片厚度。M2054是一個20MHz的延遲探頭，在3"/75mm的握持器上只有0.27"/6.75mm厚。M2055相似地裝配一個0.40"/10mm厚的探頭延遲塊。V2034在一個6"/300mm角握持器上有0.40"/10mm的頭。這些探頭的外形圖需要的話可以索取。