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) SSRവی۫ϙ (b) ڍࠀϙ0.5 V (c) ڍࠀϙ1.5 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
