涡轮叶片厚度精确测量

应用：测量中空金属涡轮叶片厚度

背景：用于航空发动机和其他高性能系统的许多涡轮叶片都是中空的，从而允许散热剂在叶片中流通。铸造过程中的偏芯，机器有问题或者运转过程中的正常磨损都可能导致叶片的壁厚低于可接受的下限值。如果采用机械的方法测量叶片壁厚，不破坏叶片通常是不可能完成的。但是，使用合适的探头以及仪器，采用超声的方法，无需破坏叶片便可以完成测量。
设备：根据叶片的几何形状和壁厚，推荐使用三种型号的超声测量系统：25DL PLUS测厚仪及水浸或延迟探头。该仪器的波形显示有助于监控波形和探头对中。
5072PR或者5800PR脉冲发生接收仪，使用水浸或延迟探头，从示波器上读出脉冲传播时间。
Panametrics－NDT TGM测量系统，该系统包括脉冲发生－接收仪，闸门和时间软件，一个示波器显示屏幕，应用于使用高频探头的薄壁测量和其他特殊应用。

步骤：对于给定的涡轮叶片应用，推荐使用的确切测量系统要根据客户的要求以及叶片的声学性能来确定。以下需要考虑的几点：
探头类型：延迟探头和水浸探头都可用于叶片测量。延迟探头通常更容易在叶片表面放置，而水浸探头通常需要监控波形来确定探头对中。但是，涡轮叶片的曲率可能使得延迟探头无法正确地耦合到叶片的凹面侧。直径为3mm的延迟探头（M203和M208）通常能耦合的*小凹面半径约为200mm。在某些情况下，可以改变延迟块的外形使得探头能够耦合到更小半径的曲面，但是，通常在尖锐的曲面，尤其是叶片的导入端，*好使用水浸探头测量。20MHz的喷水专用探头V316－B和一个B-120专用喷水器提供了一组便利的手持组件，可用于叶片水浸探头测量。在某些使用常规延迟块无法耦合的凹面的应用，也可使用V260-SM和V260－RM Sonopen聚焦延迟探头进行测量。

测量模式：使用延迟和水浸探头，厚度测量可以使用模式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，只有当涡轮叶片上的被测点产生多个回波，这才是可能的。如果只有单个可用回波（由于曲率和衰减），测量必须使用模式2. 25DL PLUS型号可以在模式2或者模式3下操作。对于给定的涡轮叶片应用建立*优化的设置，在参考标准的帮助下，表现被测量的厚度范围和几何形状。
厚度范围：典型地金属叶片，20MHz延迟或者水浸探头在模式3下可测量的*后厚度为大约0.006”(0.15mm)，和模式2下为0.020”(0.5mm)。如果更薄测量需要的话，更高频率配以脉冲发射及收起或者特殊仪器可以被使用。大多数涡轮叶片测量在10MHz或者20MHz下进行。

盲点：空心涡轮叶片有时候在叶片里包含多样混合结构来定向冷却液流量或者增加叶片强度。通常地，在翼或者肋骨存在的地方不可能得到底面回波，因为这个结构中断了获得好的反射的平滑基面。万一某个地方结构完全空的，一个有小点尺寸的聚焦水浸探头可以得到较好的回波，相对于一个延迟探头来说。也有很多案例，锐利的锥形叶片厚度能引起一个情形，壁内部和壁外部值得注意都是非平行的，这个导致回波失真和电位测量错误。
在所有案例中，在实际的产品试块测试的基础上决定探头和仪器的结合选择。

图1-3是使用Model 25DL PLUS产生的。这仪器显示屏立即地提供活动的超声波波形，带有闸门和厚度读数。对于困难的应用这是理想的，或者当设置参数需要进一步检查。

图1：涡轮叶片模式3测量

图1显示了模式3用M208探头测量一个0.041" (1.05 mm)厚度的凹涡轮叶片机翼后缘。这个曲率在测量点上有充分大的范围，M208很好的耦合到材料上，清楚的多个回波允许使用模式3测量。

图2：涡轮叶片的模式2测量

图2显示了模式2测量一个0.070" (1.8 mm)厚的凸的涡轮叶片，页使用一个M208探头。内部肋骨的存在是回波衰减了一部分，缺乏清楚的多个回波时，模式2被推荐

图3：水浸技术测量弯曲凸起的叶片部分
图3显示了使用V316-BB 20MHz水浸探头，B-120手持式喷嘴的水浸技术测量一个比较厚(0.051"/1.3 mm)锐利曲率(1"/25mm半径)凸叶片部分，锐利的凸曲率使得耦合一个延迟探头比较困难。以这种测量形式，特别在凹面上，它比较必须用于操作者监控波形来保证*优化的探头阵列。