一种激光增材制造合金钢构件的应力快速检测方法技术

本发明专利技术公开了一种激光增材制造合金钢构件的应力快速检测方法，激光增材制造合金钢构件由于制造方式会有残余应力，残余应力的测量非常有必要，X射线衍射残余应力的分析发展已久，主要有sin

【技术实现步骤摘要】
一种激光增材制造合金钢构件的应力快速检测方法
本专利技术涉及残余应力测量技术，具体为一种激光增材制造合金钢构件的应力快速检测方法。
技术介绍
激光增材制造作为制造领域革命性的前沿技术，正在全球范围内受到极大关注并快速发展。作为一种先进的制造技术，激光增材制造技术融合了计算机辅助设计、材料成型加工等技术，运用烧结、熔融等方式制造出实体金属制品。区别于传统的减材(切削等)制造方式，激光增材制造是通过金属材料的逐层累加成形的制造方法，因此可以减少产品的研制周期，提高效率并降低成本。但在激光增材制造过程中，制造的零件会有较大的残余应力，这些残余应力会极大地影响材料的性能，通常会在制造完毕后采用热处理等方式降低残余应力，残余应力的测量就十分有必要。在残余应力测量技术中，目前通常采用X射线衍射法中的sin2ψ法，该方法一般需要取9个以上的ψ角的衍射峰位值拟合椭圆来计算应力值，所需的步骤较为复杂且时间较长，X射线衍射法中的cosα法可以利用德拜环一次测量即可计算出应力值，但德拜环获取的质量会影响应力值的准确性。目前，快速检测激光增材制造件的残余应力对增材制造件的工程运用具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对目前激光增材件由于自身问题无法在工程实际中全部应用，本专利技术的目的是提供一种激光增材制造合金钢构件的应力快速检测方法，在保证精度的情况下快速检测增材制造件的应力，加快增材制造件的研究周期。本专利技术设计的一种激光增材制造合金钢构件的应力快速检测方法，激光增材制造合金钢构件由于制造方式会有残余应力，残余应力的测量非常有必要，X射线衍射残余应力的分析发展已久，主要有sin2ψ法和cosα法，激光增材制造合金钢构件表面的残余应力主要集中在沿扫描速度和垂直于扫描速度，成形高度上的残余应力较小，X射线衍射cosα法可以较好地测试平面应力状态的残余应力，cosα法相较于sin2ψ法检测速度快，在激光增材制造领域会有较大的应用，本专利技术基于cosα法可以实现增材制造件快速的应力检测。该方法基于X射线衍射法中的cosα法能够在保证精度的情况下快速检测增材制造的应力。本专利技术的技术方案如下：一种激光增材制造合金钢构件的应力快速检测方法，实现该方法的装置包括X射线管、角度计、平板探测器、位移传感器、工作台、微机和稳压电源；其中，X射线管、角度仪、平板探测器和位移传感器集合在测量头中，X射线管、平板探测器和位移传感器位于测量头内部，角度计位于位移传感器的上部；X射线管发射出X射线穿过平板探测器中心孔照射到增材制造试样上，平板探测器能够探测到X射线衍射峰，利用角度计和位移传感器调整测量头的位置，同时观察微机上衍射峰的质量，利用微机进行计算出应力；该方法的具体步骤如下：步骤(1)首先确定制造增材制造件试样的激光扫描方向X、垂直于激光扫描方向Y和成形方向Z；步骤(1)将增材制造试样置于工作台上，其中增材制造试样的XOY面平行于工作台面放置，对增材制造试样的表面进行打磨处理；步骤(3)将测量头与增材制造试样的XOY平面成一定角度放置，通过角度计和位移传感器调整增材制造试样与测量头的相对位置，利用平板探测器探测衍射峰，观测衍射峰的质量，确定较优的位置；通过软件处理得到的德拜环，利用X射线衍射法中的cosα法通过德拜环计算应力。通过位移传感器快速调整测量头与增材制造试样的距离，进而得到质量良好的X射线衍射峰。所述X射线管阳极靶的材质为Cr、V、Cu、Co和Mn等金属，X射线管参数为30Kv，1.5mA；工作台手动控制实现X、Y、Z三维方向运动。本专利技术的目的基于增材制造件的应力特点和X射线衍射法中的cosα法快速检测激光增材制造合金钢构件的应力，针对cosα法的不足，通过角度计和位移传感器快速获得质量较好的德拜环，提高应力值的准确性。附图说明图1为设备测量示意图。图2为cosα法原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的方案进一步详述：本专利技术所涉及的基于X射线衍射法测量激光增材制造合金钢构件的应力的方法是基于X射线衍射法中的cosα法，关键在于如何快速调整测量头和增材制造试样之间的距离，获取高质量的德拜环。实施例(1)增材制造试样的制备本专利技术首先利用实验室课题组的研究成果，选取的粉末材料为12CrNi2，加工工艺如下表所示：打印一块40mm*20mm*10mm(X*Y*Z)的增材制造试样，对表面进行处理。(2)设备位置的调整设备测量示意图如图1所示，首先将样品置于工作平台上，将设备测量头与工作平台成一定角度放置，通过角度计和位移传感器调整合适的位置，以确保获得质量良好的德拜环。(3)应力的测量cosα法利用德拜环测量应力的原理图如图2所示，结合公式(1)-(3)即可计算出应力。其中，ψ0为X射线与增材制造试样的夹角，2η为X射线与X射线衍射线的夹角，2θ为2η的补角，α为有应力时德拜环与无应力时德拜环的夹角，E为材料的弹性模量，v为材料的泊松比。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光增材制造合金钢构件的应力快速检测方法，实现该方法的装置包括X射线管、角度计、平板探测器、位移传感器、工作台、微机和稳压电源；其中，X射线管、角度仪、平板探测器和位移传感器集合在测量头中，X射线管、平板探测器和位移传感器位于测量头内部，角度计位于位移传感器的上部；X射线管发射出X射线穿过平板探测器中心孔照射到增材制造试样上，平板探测器能够探测到X射线衍射峰，利用角度计和位移传感器调整测量头的位置，同时观察微机上衍射峰的质量，利用微机进行计算出应力；其特征在于：该方法的具体步骤如下：/n步骤(1)首先确定制造增材制造件试样的激光扫描方向X、垂直于激光扫描方向Y和成形方向Z；/n步骤(1)将增材制造试样置于工作台上，其中增材制造试样的XOY面平行于工作台面放置，对增材制造试样的表面进行打磨处理；/n步骤(3)将测量头与增材制造试样的XOY平面成一定角度放置，通过角度计和位移传感器调整增材制造试样与测量头的相对位置，利用平板探测器探测衍射峰，观测衍射峰的质量，确定较优的位置；通过软件处理得到的德拜环，利用X射线衍射法中的cosα法通过德拜环计算应力。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光增材制造合金钢构件的应力快速检测方法，实现该方法的装置包括X射线管、角度计、平板探测器、位移传感器、工作台、微机和稳压电源；其中，X射线管、角度仪、平板探测器和位移传感器集合在测量头中，X射线管、平板探测器和位移传感器位于测量头内部，角度计位于位移传感器的上部；X射线管发射出X射线穿过平板探测器中心孔照射到增材制造试样上，平板探测器能够探测到X射线衍射峰，利用角度计和位移传感器调整测量头的位置，同时观察微机上衍射峰的质量，利用微机进行计算出应力；其特征在于：该方法的具体步骤如下：
步骤(1)首先确定制造增材制造件试样的激光扫描方向X、垂直于激光扫描方向Y和成形方向Z；
步骤(1)将增材制造试样置于工作台上，其中增材制造试样的XOY面平行于工作台面放置，对增材制造试样的表面进行打磨处理；
步骤(3)将测量头与增材制...

【专利技术属性】
技术研发人员：段成红，张银洲，陈辉，陈勇，罗翔鹏，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11