金属学及金属工艺论文_超声检测在金属3D打印中

文章摘要:与传统等材或减材制造技术相比，金属3D打印作为一种增材制造技术，无需模具可自由加工复杂结构零件，在汽车、核电、航空航天等领域具有广阔的应用前景。但由于打印过程会经历快速反复熔凝及复杂的传热相变，导致打印成型件的质量无法得到保证。实际上，缺乏有效的质量监控手段是制约该技术推广应用的技术瓶颈。众多无损检测技术中，超声检测技术由于其灵敏性高、穿透力强、材料适用范围广，在3D打印的质量监控方面展现出了较大潜力。然而，由于3D打印成型工艺的特殊性，其成型件冶金特征与传统锻铸造件明显不同，具体表现为组织各向异性明显，易出现孔隙、未熔合、裂纹等缺陷，存在较大残余应力易导致翘曲变形等，给传统超声检测技术带来了极大挑战。同时其成型件具有明显的个性化特征，中空、薄壁等复杂结构可能会导致超声信号可达性差、检测盲区大等问题。另一方面，由于金属3D打印一次性成型的特点，打印过程的在线实时检测尤为重要。然而3D打印成型腔内充满高温、粉尘、强光散射等各种极端干扰源，影响超声检测系统的稳定性，增加了检测难度。因此，有针对性的开展超声离线及在线检测研究已成为近年来的研究热点。近几年，就打印成型件冶金特征的超声检测及评价研究，学者发现了组织各向异性与超声传播特性的关联，然而对组织晶粒度的定量分析还较少；研究了人工植入缺陷的定位及尺寸评估方法，对自然形成的缺陷检测研究尚不足；已实现表面残余应力的超声表征，而对危险性可能更大的次表面残余应力的检测研究还较少。而打印过程的超声在线监测研究大多还处于实验验证阶段，要实现工程应用，还需克服表面粗糙度大，成型腔内各种干扰源，基于在线检测信息的闭环工艺调控等难点。本文阐述了金属3D打印过程质量监控的必要性；概述了3D打印常用的无损检测技术；重点对超声检测技术在3D打印中的应用现状进行了综述，主要包括组织、缺陷、残余应力等冶金特征的离线/在线检测研究进展及其挑战，并展望了其未来发展方向。

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项目基金:《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/1116/705.html