Page 248 - 《应用声学》2023年第2期
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图 2 是超声检测中最常见的两种缺陷形貌。缺
陷严重损害成型件质量，必须通过适当的检测方法
及时获得成型件缺陷信息，改进制造工艺参数，最大
限度减少成型缺陷的产生。
20 µm
(a) ᪐ᤵ͈
32 µm
(a) ళᚸՌ
20 µm
(b) ܙె͈҄
图 3 316L 不锈钢传统锻造件和金属增材制件的晶
粒形态 [8]
Fig. 3 Grain morphology of 316L stainless steel [8]
32 µm 2 金属增材制件的质量评价
µ
(b) ߘᬩ
近年来超声无损检测技术在金属增材制件的
图 2 金属增材制件中的典型缺陷形貌 质量评价领域取得了广泛关注，多数研究旨在揭示
Fig. 2 Defect appearance in metal additive man- 各种超声检测技术的原理。针对金属增材制造过程
ufacturing part 的在线监控和离线检测，主要集中在对宏观缺陷的
1.2 微观组织结构特征 检测，而对微观组织结构和硬度、拉伸强度、韧性等
力学性能的无损评价研究较少。
金属增材制件不同于传统工艺制件之处在于
其微观组织结构的各向异性和不均匀性，其中各向 2.1 金属增材制件的超声缺陷检测
异性体现在激光扫描方向、步进方向和层堆积方向 在传统工件的超声缺陷检测中，超声波与缺陷
材料微观组织结构特征存在差异，而不均匀性表现 的相互作用使得回波中包含丰富的缺陷信息，经
在各方向上特征的不统一。杨平华等 [7] 针对不同成 过一定的信号分析处理可得到缺陷位置、大小等
型方向上材料超声检测特征的差异，对 TC18 钛合 信息。然而，金属增材制件由于特殊的熔融堆积
金增材制件开展了超声特征量检测试验研究，结果 制造工艺，成型件表面质量相对较差，且内部晶粒
表明 TC18 钛合金增材制件不同成型方向的超声波 粗大。超声波在传播过程中不断发生散射，形成较
声速、衰减及检测灵敏度均存在较大差异，同一成 强的晶粒噪声，导致信噪比急剧降低，缺陷波被杂
型方向上不同位置衰减也不同，与传统工艺制件相 波噪声所掩盖，造成漏检和误判。随着超声理论的
比具有明显的方向性。较大的内部晶粒尺寸是金属 发展与成熟，传统水浸式超声检测、相控阵超声检
增材制件的另一特点，晶粒尺寸太大使成型件内部 测 (Phased-array ultrasound testing, PAUT) 和激
散射增强，造成超声波的严重衰减。图 3 为 316L 不 光超声检测不断取得较好的应用，针对金属增材制
锈钢传统锻造件与金属增材制件内部晶粒形态的 件内部缺陷的超声检测研究，逐渐从寻求适宜的超
差异，锻造件表现为明显边缘的等轴晶粒，增材制件 声检测方法，发展到如何提高检测精度，实现高效准
为细胞结构状。 确的缺陷判定与定量分析。
