超聲波測厚儀測量渦輪葉片的壁厚

來源：深圳市泰立儀器儀表有限公司 2024年12月02日 18:32

本應用說明將解釋如何測量空心金屬渦輪葉片的壁厚。

渦輪葉片壁厚
飛機發動機和其他高性能系統中使用的許多渦輪葉片是中空的，以允許冷卻液在葉片內循環。鑄造過程中的型芯位移、加工故障或操作過程中的正常表面磨損可能會導致葉片壁厚降至可接受的限值以下。通常無法在不損壞葉片的情況下對壁厚進行機械測量。但使用適當的探頭和儀器，通常可以通過超聲波完成這一測量。

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

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

測量渦輪葉片壁厚的步驟
針對給定渦輪葉片應用推薦的具體測量系統取決于客戶要求和葉片的聲學特性。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用。但小型渦輪葉片的曲率可能導致無法將延遲塊探頭正確耦合到凹側內。 3 mm延遲塊探頭（M203和M208）通常可以充分耦合到*小100 mm的凹面。通過修整延遲塊的輪廓，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延遲塊無法測量的凹面上。

除了標準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300 mm傾斜手柄上。這些探頭的外形圖可應要求提供。

測量模式：使用延遲塊探頭和水浸探頭，可以在模式2（接口至“D1”個回波）或模式3（回波至回波跟隨接口）下進行厚度測量。模式3提供比模式2更好的薄材料分辨率，但只有當渦輪葉片上要測量的點產生多個后壁回波時，才可能實現。如果只有一個可用的后壁回波（由于曲率或衰減的緣故），則必須在模式2下進行測量。 38DL PLUS和45MG測厚儀可在模式2或模式3下工作。使用參考標準和待測量的厚度和幾何形狀范圍，為給定渦輪葉片應用建立理想的設置。

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*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。對于0.006 in以下的較薄材料，可以使用72DL PLUS測厚儀的高頻版本。大多數渦輪葉片測量是在10 MHz或20 MHz下進行的。

死點：空心渦輪葉片通常在葉片內部包含組合結構，用于引導冷卻液流動或增加葉片強度。一般來說，由于該結構會破壞有效反射所需的光滑內表面，因此無法從這些葉片或凸紋所在的點獲得后壁回波。如果這些結構間距小，光斑尺寸小的聚焦水浸探頭產生的后壁回波優于延遲塊探頭。此外，在某些情況下，葉片厚度急劇縮窄可能會造成內壁和外壁明顯不平行，從而可能導致回波失真和潛在的測量錯誤。

在所有情況下，根據使用實際產品樣品的測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估非常重要。

圖1-3顯示與使用38DL PLUS測厚儀進行的渦輪葉片測量相關的典型波形。測厚儀顯示屏即時提供帶閘門和厚度讀數的實時超聲波波形。這是困難應用或設置參數需要更仔細檢查時的理想選擇。

注：由于晶粒結構的各向異性，由大晶粒合金鑄造而成的某些渦輪葉片可能會在點與點之間表現出顯著的速度變化。在這些情況下，超聲波測厚的精度將受到速度變化程度的限制。該限制必須針對具體情況通過實驗確定。

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