渦輪葉片厚度測量

應(yīng)用：測量中空金屬渦輪葉片厚度

背景：用于航空發(fā)動機(jī)和其他高性能系統(tǒng)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(jī)器有問題或者運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的正常磨損都可能導(dǎo)致葉片的壁厚低于可接受的下限值。如果采用機(jī)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(shè)備：根據(jù)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(tǒng)：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(jiān)控波形和探頭對中。
5072PR或者5800PR脈沖發(fā)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(tǒng)，該系統(tǒng)包括脈沖發(fā)生－接收儀，閘門和時間軟件，一個示波器顯示屏幕，應(yīng)用于使用高頻探頭的薄壁測量和其他特殊應(yīng)用。

步驟：對于給定的渦輪葉片應(yīng)用，推薦使用的確切測量系統(tǒng)要根據(jù)客戶的要求以及葉片的聲學(xué)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(jiān)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?zhèn)?。直徑?mm的延遲探頭（M203和M208）通常能耦合的最小凹面半徑約為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(dǎo)入端，最好使用水浸探頭測量。20MHz的噴水專用探頭V316－B和一個B-120專用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(guī)延遲塊無法耦合的凹面的應(yīng)用，也可使用V260-SM和V260－RM Sonopen聚焦延遲探頭進(jìn)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(界面波到第一回波)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(dāng)渦輪葉片上的被測點產(chǎn)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(yīng)用建立最優(yōu)化的設(shè)置，在參考標(biāo)準(zhǔn)的幫助下，表現(xiàn)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下可測量的最后厚度為大約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(fā)射及收起或者特殊儀器可以被使用。大多數(shù)渦輪葉片測量在10MHz或者20MHz下進(jìn)行。

盲點：空心渦輪葉片有時候在葉片里包含多樣混合結(jié)構(gòu)來定向冷卻液流量或者增加葉片強(qiáng)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(jié)構(gòu)中斷了獲得好的反射的平滑基面。萬一某個地方結(jié)構(gòu)完全空的，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(nèi)部和壁外部值得注意都是非平行的，這個導(dǎo)致回波失真和電位測量錯誤。
在所有案例中，在實際的產(chǎn)品試塊測試的基礎(chǔ)上決定探頭和儀器的結(jié)合選擇。

圖1-3是使用Model 25DL PLUS產(chǎn)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(shù)。對于困難的應(yīng)用這是理想的，或者當(dāng)設(shè)置參數(shù)需要進(jìn)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(jī)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(nèi)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(shù)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(shù)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(jiān)控波形來保證最優(yōu)化的探頭陣列。