Page 247 - 《应用声学》2023年第2期

第 42 卷 第 2 期 付磊等： 金属增材制件的超声无损检测与评价研究进展 435

of MAM parts are outlined. Finally, the challenges and the prospects of ultrasonic nondestructive testing in
MAM parts are discussed, and the suggestions for future research directions are given.
Keywords: Metaladditivemanufacture; Ultrasonictesting; Flaw; Microstructure characteristics; Mechanical-
property

性等方面的特点和检测难点，综述了超声检测技术
0 引言 在其内部宏观缺陷检测，微观组织结构以及力学性
能无损评价方面的应用研究进展。
增材制造 (Additive manufacturing, AM) 技术

是一种快速自由成型、制造三维实体零件的新技术，
1 金属增材制件的成型缺陷及微观组织结
其制造方式与对原材料去除、切削、组装的传统减
构特征
材制造技术相反，是根据三维数据模型，采用一种
“自下而上”材料累加的方法制造实体的过程 [1] 。相
1.1 常见缺陷类型
比于减材制造，增材制造技术有着许多无法比拟的
金属增材制造过程中温度变化剧烈、熔池内反
优势，如制造周期短、环保、材料利用率高等。近年
应复杂，金属材料的瞬态融凝过程导致成型件物性
来，增材制造技术取得了快速的发展，已经成为当前
和温度不均匀性极强，容易产生多种类型的缺陷。
先进制造技术领域创新蓬勃发展的源泉，成为当前
表面缺陷包括表面氧化、球化、裂纹等，是导致成型
世界主要制造大国实施技术创新、提振本国制造业
件表面粗糙不平整的主要原因。表面粗糙度过大会
的重要着力点 [2] 。
使超声检测设备耦合性变差，大部分超声波无法进
金属增材制造以金属粉末或金属丝为原材料，
入检测工件，信噪比减低，造成缺检漏检。图1 为常
利用高能量的激光束将原料熔融为液态，通过运动
见钛合金增材制件表面形貌，内部缺陷主要包括裂
控制，将融化后的液态金属按照预定的轨迹堆积凝
纹、夹杂、未融合和孔隙等。其中裂纹和孔隙严重降
固成型，再经过金属浸润、热处理等后续处理，获得
低成型致密度，对成型件的硬度拉伸强度等很多力
最终成型的金属构件 [3] 。质量评价是保障金属增材
学性能都会造成不良影响。
制件质量、保证金属增材制造技术发展和广泛应用
的重要一环，包括内部缺陷检测和力学性能评价。
近年来许多先进的无损检测方法被用于金属增材
制件的质量评价，其中，Everton等 [4] 针对金属增材
制造过程的在线监控与测评，对 X 射线断层扫描、
涡流检测和超声检测等无损检测技术的应用现状

做了总结。徐滨士等 [5] 论述了激光增材制造成型合 200 µm
金钢件质量特征及无损检测与评价技术方法。超声
(a) Ta90
检测具有无辐射、检测方位广、强穿透性和高灵敏
性等特点，既可以检测内部宏观缺陷，又能对材料微
观组织及力学性能进行无损评价，在金属增材制造
领域具有独特的应用价值。然而，金属增材制件组
织结构复杂，内部声场特性未知，超声检测面临着诸
多问题，国内外相关研究工作正在积极开展。
本文首先介绍了金属增材制造过程中常见的 200 µm
缺陷类型及其成因，包括裂纹、夹杂、未熔合和孔隙 (b) Ta0
等，以及成型件的微观组织结构特征及其对力学性 [6]
图 1 钛合金增材制件表面形貌
能的影响。针对金属增材制件几何形状复杂、表面 Fig. 1 Surface appearance of Ta additive manu-
粗糙不平、内部晶粒粗大、组织各项异性和不均匀 facturing parts [6]