未熔合缺陷的无损检测方法、检测标准件及其制造方法技术

技术编号:24328812 阅读:65 留言:0更新日期:2020-05-29 18:55
本发明专利技术涉及一种未熔合缺陷的无损检测方法、检测标准件及其制造方法,用于增材制造工件未熔合缺陷的无损检测,其中,未熔合缺陷标准件的制造方法包括步骤A.设定所述标准件的未熔合缺陷区,在所述未熔合缺陷区中,未熔合缺陷占所述未熔合缺陷区的比例设定为第一比例值;步骤B.选择用于制造所述未熔合缺陷区的增材制造成形工艺,获取所述第一比例值对应的所述增材制造成形工艺的第一工艺参数;步骤C.基于所述第一工艺参数执行所述增材制造成形工艺,以形成所述未熔合缺陷区。本发明专利技术的未熔合缺陷的无损检测方法提高了增材制造工件的未熔合缺陷无损检测结果的准确性以及可靠性。

Nondestructive testing method, testing standard parts and manufacturing method of incomplete fusion defects

【技术实现步骤摘要】
未熔合缺陷的无损检测方法、检测标准件及其制造方法
本专利技术涉及工件的加工质量检测领域,尤其涉及一种增材制造工件未熔合缺陷的检测方法、检测标准件及其制造方法。
技术介绍
增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技术,俗称3D打印、三维打印(ThreeDimensionPrinting)技术,目前金属增材制造技术逐渐成熟,已广泛应用于航空航天、医疗、汽车、核电等领域。例如,激光选区熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)被认为是最具潜力的AM技术之一,由于采用细微聚焦光斑的激光束作为成形能量源、高速高精度扫描振镜作为加工光束控制单元及采用更薄的层厚控制技术,相对于其他AM技术而言,SLM技术在获得高致密和高精度成形件方面更具有优势,可完成复杂型腔、型面、薄壁、变截面零件的直接成形,广泛应用于航空航天等领域,如航空发动机预旋喷嘴、燃油喷嘴、涡轮叶片等零件。由于SLM过程中的金属粉末材料发生快速熔化凝固复杂相变过程,SLM构件易存在未熔合缺陷,其原理在于,由于激光选区熔化成形过程中,输入的激光能量的不足,导致熔池宽度小,扫描路径上粉末无法完全叠加,而且由于SLM过程是一层接一层的打印,一旦产生局部未熔合,导致表面粗糙,粗糙的表面会阻碍熔融金属的流动,继而导致新一层也出现缺陷。对未熔合缺陷的检测方法,常见的有对打印工件进行取样,进行显微镜观察,分析未熔合缺陷的位置以及占比,但该方法会对工件产生破坏。航空航天用SLM构件目前广泛采用无损检测方法(如工业CT检测、超声检测、射线检测等)检测零件的未熔合位置及未熔合缺陷占比等特征以分析评价零件是否满足使用要求。传统的无损检测方法一般的步骤是,以工业CT检测为例,在设计阶段,设计具有孔洞结构的三维模型,孔径例如为0.1mm,也可以是多组,0.1mm、0.2mm、0.5mm,根据该三维模型制造一具有孔洞的标准件,对标准件进行CT检测标定,得到孔洞缺陷,孔径为0.1mm,得到对应的标定检测信号,确定可以清晰地观察到孔洞缺陷的CT检测参数;接着根据该参数对工件进行无损检测,得到工件的试验检测信号,对比试验检测信号与标定检测信号,即可得到工件的未熔合缺陷情况,包括未熔合位置以及未熔合缺陷占比等特征。然而,专利技术人在长期实践中发现,上述方法不能准确地检测未熔合缺陷的情况,主要是由于可以清晰检测孔洞的检测参数,并不能准确地反映未熔合缺陷的情况。因此,本领域需要一种增材制造工件未熔合的检测方法、检测标准件及其制造方法,以实现对增材制造工件的未熔合缺陷准确的无损检测,也可以进一步地测试得到增材制造工件的未熔合缺陷与其力学性能的关系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种增材制造工件未熔合的检测方法、检测标准件及其制造方法,以实现对增材制造工件的未熔合缺陷准确地无损检测。根据本专利技术一个方面的一种未熔合缺陷标准件的制造方法,用于增材制造工件未熔合缺陷的无损检测,包括:步骤A.设定所述标准件的未熔合缺陷区,在所述未熔合缺陷区中,未熔合缺陷占所述未熔合缺陷区的比例设定为第一比例值;步骤B.选择用于制造所述未熔合缺陷区的增材制造成形工艺,获取所述第一比例值对应的所述增材制造成形工艺的第一工艺参数;步骤C.基于所述第一工艺参数执行所述增材制造成形工艺,以形成所述未熔合缺陷区。在所述制造方法的一个或多个实施例中,在所述步骤B中,所述增材制造成形工艺为激光选区熔化成形工艺,所述第一工艺参数包括第一激光线能量密度,设定的所述第一比例值越高,对应地设定所述第一激光线能量密度越小。在所述制造方法的一个或多个实施例中,所述未熔合缺陷区的材料为HastelloyX合金,所述第一比例值为0.4%-5.7%,所述第一工艺参数包括,第一激光线能量密度为66J/m-113J/m,第一扫描间距0.10mm-0.12mm,第一条带宽度7mm-10mm,第一条带搭接0mm-0.05mm,以及第一铺粉厚度0.02mm-0.03mm,所述第一激光线能量密度通过以下公式确定:其中,a为第一比例值,ƞ为第一激光线能量密度。在所述制造方法的一个或多个实施例中,在所述步骤B中,所述第一比例值为5.7%,第一激光线能量密度为66J/m,所述第一扫描间距0.12mm,所述第一条带宽度10mm,所述第一条带搭接0mm,所述第一铺粉厚度0.03mm;或者,在所述步骤B中,所述第一比例值为0.4%,第一激光线能量密度113J/m,所述第一扫描间距0.1mm,所述第一条带宽度7mm,所述第一条带搭接0.05mm,所述第一铺粉厚度0.03mm;或者,在所述步骤B中,所述第一比例值为1.7%,第一激光线能量密度82J/m,所述第一扫描间距0.11mm,所述第一条带宽度9mm,所述第一条带搭接0.03mm,所述第一铺粉厚度0.03mm。在所述制造方法的一个或多个实施例中,在所述步骤A中,还包括设定所述标准件的一本体区,所述本体区无未熔合缺陷;在所述步骤B中,还包括,选择用于制造所述本体区的另一增材制造成形工艺,获取所述本体区对应的所述另一增材制造成形工艺的第二工艺参数;在所述步骤C中,还包括,基于所述第二工艺参数执行所述另一增材制造成形工艺,以形成所述本体区。在所述制造方法的一个或多个实施例中,在所述步骤B中,所述另一增材制造成形工艺为激光选区熔化成形工艺,所述本体区的材料为HastelloyX合金,所述另一增材制造成形工艺的第二工艺参数包括,第二激光线能量密度170J/m-200J/m,第二扫描间距0.08mm-0.10mm,第二条带宽度4mm-6mm,第二条带搭接0.06mm-0.10mm,第二铺粉厚度0.02mm-0.03mm。根据本专利技术另一个方面的一种未熔合缺陷标准件,其通过以上任意一项所述的制造方法制造。根据本专利技术又一个方面的一种未熔合缺陷的无损检测方法,用于检测增材制造工件的未熔合缺陷,包括:步骤一.对上述标准件进行无损检测得到所述标准件未熔合缺陷的所述无损检测的标定检测信号,确定所述无损检测的检测参数;步骤二.根据所述步骤一得到的所述检测参数,对所述增材制造工件进行所述无损检测,得到所述增材制造工件的试验检测信号,根据所述试验检测信号得到所述增材制造工件的未熔合缺陷占比。在所述无损检测方法的一个或多个实施例中,还包括步骤三.对所述增材制造工件进行力学测试,得到所述增材制造工件的力学性能,以及得到所述未熔合缺陷占比与所述力学性能的关系。在所述无损检测方法的一个或多个实施例中,在所述步骤一中,包括制造如上所述的标准件;进行无损检测得到所述标准件未熔合缺陷的所述无损检测的标定检测信号,确定所述无损检测的检测参数。综上,本专利技术的进步效果包括,通过工艺参数调整的方式得到具有未熔合缺陷的检测标准件,更为真实地反映增材制造工件的未熔合缺陷,得到更为准确的标定结果,以及可以清晰地检测未熔合缺陷的检测参数,从而提高了增材制造工件的未熔合缺陷无损检测结果的准确性以及可靠性,以及进一步地得到更为准确可靠的增材制造本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种未熔合缺陷标准件的制造方法,用于增材制造工件未熔合缺陷的无损检测,其特征在于,包括:/n步骤A.设定所述标准件的未熔合缺陷区,在所述未熔合缺陷区中,未熔合缺陷占所述未熔合缺陷区的比例设定为第一比例值;/n步骤B.选择用于制造所述未熔合缺陷区的增材制造成形工艺,获取所述第一比例值对应的所述增材制造成形工艺的第一工艺参数;/n步骤C.基于所述第一工艺参数执行所述增材制造成形工艺,以形成所述未熔合缺陷区。/n

【技术特征摘要】
1.一种未熔合缺陷标准件的制造方法,用于增材制造工件未熔合缺陷的无损检测,其特征在于,包括:
步骤A.设定所述标准件的未熔合缺陷区,在所述未熔合缺陷区中,未熔合缺陷占所述未熔合缺陷区的比例设定为第一比例值;
步骤B.选择用于制造所述未熔合缺陷区的增材制造成形工艺,获取所述第一比例值对应的所述增材制造成形工艺的第一工艺参数;
步骤C.基于所述第一工艺参数执行所述增材制造成形工艺,以形成所述未熔合缺陷区。


2.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,在所述步骤B中,所述增材制造成形工艺为激光选区熔化成形工艺,所述第一工艺参数包括第一激光线能量密度,设定的所述第一比例值越高,对应地设定所述第一激光线能量密度越小。


3.如权利要求2所述的制造方法,其特征在于,所述未熔合缺陷区的材料为HastelloyX合金,所述第一比例值为0.4%-5.7%,所述第一工艺参数包括,第一激光线能量密度为66J/m-113J/m,第一扫描间距0.10mm-0.12mm,第一条带宽度7mm-10mm,第一条带搭接0mm-0.05mm,以及第一铺粉厚度0.02mm-0.03mm,所述第一激光线能量密度通过以下公式确定:



其中,a为第一比例值,ƞ为第一激光线能量密度。


4.如权利要求3所述的制造方法,其特征在于,在所述步骤B中,所述第一比例值为5.7%,所述第一激光线能量密度为66J/m,所述第一扫描间距0.12mm,所述第一条带宽度10mm,所述第一条带搭接0mm,所述第一铺粉厚度0.03mm;
或者,
在所述步骤B中,所述第一比例值为0.4%,所述第一激光线能量密度为113J/m,所述第一扫描间距0.1mm,所述第一条带宽度7mm,所述第一条带搭接0.05mm,所述第一铺粉厚度0.03mm;
或者,
在所述步骤B中,所述第一比例值为1.7%,所述第一激光线能量密度为82J/m,所述第一扫描间距0.11mm,所述第一条带宽度9mm,所述第一条带搭接0....

【专利技术属性】
技术研发人员:李雅莉雷力明付俊何艳丽郑寅岚
申请(专利权)人:中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司中国航发商用航空发动机有限责任公司
类型:发明
国别省市:上海;31

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