本應(yīng)用說(shuō)明將解釋如何測(cè)量空心金屬渦輪葉片的壁厚。

渦輪葉片壁厚

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和其他高性能系統(tǒng)中使用的許多渦輪葉片是中空的，以允許冷卻液在葉片內(nèi)循環(huán)。 鑄造過(guò)程中的型芯位移、加工故障或操作過(guò)程中的正常表面磨損可能會(huì)導(dǎo)致葉片壁厚降至可接受的限值以下。 通常無(wú)法在不損壞葉片的情況下對(duì)壁厚進(jìn)行機(jī)械測(cè)量。 但使用適當(dāng)?shù)奶筋^和儀器，通常可以通過(guò)超聲波完成這一測(cè)量。

用于測(cè)量渦輪葉片壁厚的超聲波設(shè)備

精密測(cè)厚儀通常用于渦輪葉片的測(cè)量。 其中包括配備單個(gè)元件軟件和波形顯示選項(xiàng)的38DL PLUS超聲波測(cè)厚儀和45MG超聲波測(cè)厚儀。 它們通常與根據(jù)被測(cè)厚度和幾何形狀選擇的水浸探頭或延遲塊探頭一起使用。 超聲波測(cè)厚儀的波形顯示功能使訓(xùn)練有素的操作員能夠監(jiān)控波形，以幫助確保有效的回波檢測(cè)。 它還有助于幫助操作員確保探頭處于正確的位置。

72DL PLUS超聲波測(cè)厚儀是一種高速儀器，可為渦輪葉片制造和檢測(cè)提供快速測(cè)量。 該測(cè)厚儀具有60 Hz的顯示刷新率和高達(dá)2 kHz的測(cè)量速度。 該儀器還有一個(gè)7 in.寬的觸摸屏，可從不同角度獲得出色的可視性。 72DL PLUS超聲波測(cè)厚儀具有各種連接選項(xiàng)（無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙和以太網(wǎng)）和數(shù)據(jù)管理工具，可以幫助優(yōu)化檢測(cè)工作流程和提高通量。

測(cè)量渦輪葉片壁厚的步驟

針對(duì)給定渦輪葉片應(yīng)用推薦的具體測(cè)量系統(tǒng)取決于客戶要求和葉片的聲學(xué)特性。 以下是一些基本考慮因素：

探頭類型：延遲塊探頭和水浸探頭均用于渦輪葉片應(yīng)用。 但小型渦輪葉片的曲率可能導(dǎo)致無(wú)法將延遲塊探頭正確耦合到凹側(cè)內(nèi)。 3 mm延遲塊探頭（M203和M208）通常可以充分耦合到最小100 mm的凹面。 通過(guò)修整延遲塊的輪廓，在某些情況下可以耦合到更小的半徑上。 但一般而言，使用水浸探頭測(cè)量急彎表面（特別是葉片前緣）的效果更好。 B-120起泡器中的20 MHz V316-B探頭為使用水浸探頭測(cè)量葉片提供了方便的手持組件。 在許多情況下，還可以使用V260-SM Sonopen聚焦延遲塊探頭耦合到使用傳統(tǒng)延遲塊無(wú)法測(cè)量的凹面上。

除了標(biāo)準(zhǔn)的水浸探頭和延遲塊探頭，我們還提供三種特殊的低型面高度20 MHz延遲塊探頭，用于因葉片間距有限而難以接近的多葉片總成中的渦輪葉片厚度測(cè)量。 M2054是一款20 Mhz延遲塊探頭，自身高度僅有6.75 mm，安置于一個(gè)75 mm手柄上。 M2055與其類似，其探頭/延遲塊總成高度為10 mm。 V2034延遲塊探頭具有10 mm頭部，安置于一個(gè)300 mm傾斜手柄上。 這些探頭的外形圖可應(yīng)要求提供。

測(cè)量模式：使用延遲塊探頭和水浸探頭，可以在模式2（接口至第一個(gè)回波）或模式3（回波至回波跟隨接口）下進(jìn)行厚度測(cè)量。 模式3提供比模式2更好的薄材料分辨率，但只有當(dāng)渦輪葉片上要測(cè)量的點(diǎn)產(chǎn)生多個(gè)后壁回波時(shí)，才可能實(shí)現(xiàn)。 如果只有一個(gè)可用的后壁回波（由于曲率或衰減的緣故），則必須在模式2下進(jìn)行測(cè)量。 38DL PLUS和45MG測(cè)厚儀可在模式2或模式3下工作。 使用參考標(biāo)準(zhǔn)和待測(cè)量的厚度和幾何形狀范圍，為給定渦輪葉片應(yīng)用建立理想的設(shè)置。

厚度范圍：在典型的金屬葉片中，20 Mhz延遲塊探頭或水浸探頭的最小可分辨厚度在模式3和模式2下分別約為0.15 mm和0.5 mm。 對(duì)于0.006 in以下的較薄材料，可以使用72DL PLUS測(cè)厚儀的高頻版本。 大多數(shù)渦輪葉片測(cè)量是在10 MHz或20 MHz下進(jìn)行的。

死點(diǎn)：空心渦輪葉片通常在葉片內(nèi)部包含組合結(jié)構(gòu)，用于引導(dǎo)冷卻液流動(dòng)或增加葉片強(qiáng)度。 一般來(lái)說(shuō)，由于該結(jié)構(gòu)會(huì)破壞有效反射所需的光滑內(nèi)表面，因此無(wú)法從這些葉片或凸紋所在的點(diǎn)獲得后壁回波。 如果這些結(jié)構(gòu)間距小，光斑尺寸小的聚焦水浸探頭產(chǎn)生的后壁回波優(yōu)于延遲塊探頭。 此外，在某些情況下，葉片厚度急劇縮窄可能會(huì)造成內(nèi)壁和外壁明顯不平行，從而可能導(dǎo)致回波失真和潛在的測(cè)量錯(cuò)誤。

在所有情況下，根據(jù)使用實(shí)際產(chǎn)品樣品的測(cè)試確定探頭和儀器的組合。 渦輪葉片幾何形狀的巨大差異使得樣品評(píng)估非常重要。

圖1-3顯示與使用38DL PLUS測(cè)厚儀進(jìn)行的渦輪葉片測(cè)量相關(guān)的典型波形。 測(cè)厚儀顯示屏即時(shí)提供帶閘門和厚度讀數(shù)的實(shí)時(shí)超聲波波形。 這是困難應(yīng)用或設(shè)置參數(shù)需要更仔細(xì)檢查時(shí)的理想選擇。

注：由于晶粒結(jié)構(gòu)的各向異性，由大晶粒合金鑄造而成的某些渦輪葉片可能會(huì)在點(diǎn)與點(diǎn)之間表現(xiàn)出顯著的速度變化。 在這些情況下，超聲波測(cè)厚的精度將受到速度變化程度的限制。 該限制必須針對(duì)具體情況通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。