Page 249 - 《应用声学》2023年第2期
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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                                          437


             2.1.1 水浸式超声检测                                     检测效果,检测率高达91.7%。对实验结果的后续分
                 传统水浸式超声检测以一定厚度的水层充当                           析论证也表明超声检测对未知深度和位置缺陷的
             耦合剂,能消除直接接触检测中难以控制的因素,使                           检测具有一定局限性,取决于具体制造方式和缺陷
             声波的发射和接收较为稳定且重复性好。常用的检                            类型,对缺陷尺寸的定量分析则需要开展进一步的
             测波形包括体波和导波,可分别实现对不同深度缺                            研究工作。
             陷的检测。Liu     [9]  利用超声表面波实现对激光增材                      金属增材制件较大的内部晶粒尺寸往往造成
             制造金属零件近表面缺陷的检测,并利用超声纵波                            较强的超声背散射,归结为晶粒噪声或结构噪声。
             实现对其内部缺陷的检测,论证了超声检测对金属                            晶粒噪声会对缺陷回波造成干扰,甚至淹没缺陷回
             增材制件缺陷检测的适宜性。                                     波,严重影响检测准确性。宋 Song 等              [11]  提出运用
                 Durkee等  [10]  探究了从不同成型方向上进行扫                 极值理论和预测矫正算法,有效消除了晶粒噪声的
             查对超声缺陷检测结果的影响,对内嵌孔隙缺陷的                            影响,利用基于 SSR 模型的时域阈值成功地区分并
             钛合金增材制件开展了超声检测实验,结果表明,与                           检测到了所有缺陷,如图4所示,最后采用有损检测
             从垂直堆积方向相比,沿着层堆积方向具有更好的                            的方法,验证了实验结果的准确性。

                            X/mm                           X/mm                          X/mm
                                                                                   

                           No.4  No.2     2 V           No.4  No.2     2 V            No.4  No.2     2 V
                                                                           
                        No.1                           No.1                           No.1
                                  No.3                         No.3                        No.3
                Y/mm                     1 V  Y/mm                   1 V  Y/mm                    1 V
                 
                                                                           
                                                                           
                                           0 V                           0 V                            0 V
                       (a) SSRവی௑۫᫠ϙ                   (b) ڍࠀ᫠ϙ0.5 V                   (c) ڍࠀ᫠ϙ1.5 V

                                         图 4  316L 不锈钢增材制品水浸式超声 C 扫图          [11]
                               Fig. 4 The ultrasonic C-scan images segmented by different methods [11]

                 针对金属增材制件成型表面质量较差的超声                           研究工作。
             检测难题,Hanks 等      [12]  开展了钛合金增材制件表               2.1.2 相控阵超声检测
             面粗糙度对超声缺陷检测影响的研究。分别用
                                                                   与传统超声检测采用单晶片探头发射和接收
             2.2 MHz、5 MHz 和 10 MHz 超声探头从垂直沉积
                                                               超声波不同,PAUT 采用多阵元的阵列换能器 (如
             方向对不同粗糙表面试块进行扫查成像,并在表面                            图 5 所示),依靠计算机技术利用延时法则控制阵列
             研磨后进行了二次扫查。结果表明,高频探头对表
                                                               中各阵元发射超声波的时间来实现各阵元的声束
             面粗糙度较大的试块具有相对较好的探伤效果,而                            在声场中偏转、聚焦,或控制接收阵列换能器中各

             低频探头进行探伤时则需要对试块表面进行研磨                             阵元接收回波信号的时间,进行偏转、聚焦成像检
             处理。                                               测 (如图 6 所示),是目前超声检测技术中的热点研
                 水浸式超声检测是超声缺陷检测中最常用的                           究方向    [13] 。
             方法,在金属增材制件缺陷检测的起步阶段大多沿                                近年来,PAUT 技术在金属增材制造缺陷检测
             用这种传统的超声检测方法,并取得了部分进展。                            领域发展迅速,由于其灵活的声束偏转及聚焦性
             但随着金属增材制造技术的快速发展,对检测技术                            能,可实现多角度、高精度的扫查,能有效地识别
             要求的也不断提高,水浸式超声检测面对诸如成像                            微小缺陷,针对厚度较大且超声衰减较强的金属增
             效果不佳、微小缺陷和近表面缺陷识别困难、粗糙                            材制件,也有较好的检测效果。Lopez 等                [14]  开展了
             表面耦合性差难以检测等问题,亟需开展更深入的                            PAUT方法对铝合金电弧增材制件内部缺陷检测适
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