Page 251 - 《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 439

能激发出不同波型的超声波信号，如图8 所示，可实 检测技术对被测工件表面质量要求不高，扫查设备
现无接触、大范围、高精度的光学系统扫查，是应用 可集成于制造装置，实现在线监测，在金属增材制造
于多种条件、型面、材料的金属增材制件超声无损 缺陷检测领域有较好的发展前景。Levesque 等 [19]
检测技术 [18] 。 利用激光超声技术结合合成孔径聚焦算法，对镍
ԧ ၷ ༏ А ԧ ၷ ༏ А 基合金增材制件内部缺陷进行成像分析，并将成像
ܦฉ ີѣᄊ᧛࡛
结果与 XCT 成像结果进行对比，如图 9 所示，二者
有良好的对应性。Santospirito等 [20] 和Davis等 [21]
利用激光超声技术成功检测到镍基合金和铝合金

增材制件中的圆孔和平底孔缺陷。Pieris等 [22] 提出
图 8 激光超声波的热弹效应和热灼效应 [18]
Fig. 8 The laser ultrasound ablation and in- 一种激光阵列超声技术 (LIPA)，将相控阵超声数据
spire [18] 采集和处理算法应用于激光超声技术，成功检测到
激光超声检测属于非接触式超声检测，无需耦 铝合金增材制件内部 0.2 mm 大小的缺陷。以上研
合剂，能灵活地产生各类波形，有效识别近表面缺 究论证了激光超声技术对于金属增材制件缺陷检

陷，且适用于几何结构复杂工件的检测。激光超声 测的适用性。

(a) ༏Аᡔܦೝ฾ (b) XCTੇϸ
图 9 镍基合金增材制件的激光超声 C 扫、B 扫和 XCT 成像 [19]
Fig. 9 C-scan、B-scan image of laser ultrasound and XCT iamge of Inconel718 AMpart [19]

在金属增材制件近表面缺陷检测的研究方 证扫查结果。结果表明，该方法能有效检测逐层
面，Everton 等 [23] 提出一种粉末床熔融技术增材 堆积过程中出现的微小缺陷、近表面缺陷和表面
制件近表面缺陷检测的方法，利用瑞利波成功 缺陷。
检测到距表面 1.5 ∼ 2.5 mm 区域内的孔隙缺陷， 激光超声检测结合了超声检测的高精度和光
并进一步论证了激光超声在近表面缺陷识别的 学检测非接触的优点，独特的超声波激发方式使其
适宜性。 对于其他超声检测技术难以检测的近表面缺陷，也
在金属增材制件在线检测的研究方面，Million 具有较好的检测效果。针对在线检测的应用方面，
等 [24] 设计了一套激光超声在线扫查装置，如图 10 部分研究人员已经研发出了在线扫查设备，可实现
所示，利用瑞利波实现对沉积层的超声 B扫描成像， 增材制造过程的逐层扫查。
成功检测到近表面 0.05 mm 大小的缺陷，并基于瑞
利波声速在缺陷位置处的变化与缺陷大小的关系， 2.2 金属增材制件的超声无损评价
提出一种缺陷定量检测的方法。 传统工件的超声无损评价基于超声检测的物
Cerniglia 等 [25] 提出一种用于激光粉末沉积技 理基础，通过测量超声波在工件内部的可测参量，包
术增材制造过程的激光超声在线检测方法。利用 括声速、衰减和背散射特征等，对被测工件的微观组
声场模拟对扫查过程进行分析，优化扫查设备，验 织结构和力学性能进行检测与评定。目前超声检测