シリアル番号の変更が行われる理由

失礼致します。

修理に出されたのは、iPad Pro（10.5-inch, Wi-Fi）でしょうか？

Apple に修理に出した場合の対応は、修理（部品交換）、交換（本体交換）、返金（または修理せずに返還）の何れかになり、どの対応を行うかは Apple の裁量によって決定されますので、ユーザが選択する事は出来ません。

Apple 製品 1 年限定保証

iPad Pro（10.5-inch, Wi-Fi）本体背面の「シリアル番号」が、修理に出す前の物と変わったと言う事であれば、交換（本体交換）になったと考えるのが妥当だと思います。

iPhone、iPad、iPod touch でシリアル番号や IMEI を確認する - Apple サポート

中身が交換されたと考えるべきではないでしょうか。

交換修理になったのでは？

実機が変わらないと思ったのはなぜでしょうか？

あまり考えにくいですが、シリアル番号が記録されている

基盤だけ変えたのかもしれません。