本发明专利技术涉及金属增材制造技术领域，特别涉及一种金属增材制造在线检测方法及装置。上述方法包括：通过增材工艺进行逐层打印，每打印预设厚度，利用激光超声技术对增材材料进行测试，得到超声波数据；其中，增材材料包括增材工艺得到的所有层；通过增材工艺进行逐层打印，每打印预设厚度，利用红外测温技术对增材材料进行表面测温，得到温度数据；根据超声波数据确定增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据和残余应力数据；根据温度数据、微观组织分布数据、缺陷数据得到残余应力修正数据。本发明专利技术提供了一种金属增材制造在线检测方法及装置，能够同时实现金属增材制件残余应力、微观组织和内部缺陷的在线原位检测，为金属增材制造工艺的优化和控制提供数据支撑。的优化和控制提供数据支撑。的优化和控制提供数据支撑。
【技术实现步骤摘要】
一种金属增材制造在线检测方法及装置
[0001]本专利技术涉及金属增材制造
，特别涉及一种金属增材制造在线检测方法及装置。
技术介绍
[0002]金属增材制造是一种以数字模型为基础，采用高能束热源，如高功率密度激光束、电弧、电子束等介质熔化金属粉材或丝材，实现自下而上、逐层累加堆叠的零件实体先进制造技术，具有成形结构复杂、成形精度高、成形性能优良等特点，是当前复杂精密金属零部件或大尺寸主承力金属构件一次性整体成形最具前景的制造技术之一。
[0003]在金属增材制造过程中，伴随高功率激光束长期循环往复过程产生的材料非平衡物理和热物理过程十分复杂，会在激光热源、金属粉末、固体基材、熔池液态金属之间发生复杂的相互作用，移动金属熔池在激光超常冶金、超高温度梯度变化和强约束条件下的快速凝固等反应，使加工过程处于极其复杂的环境中，成形零件内部或表面容易产生残余应力和各类典型缺陷，降低金属增材制件的成形精度和力学性能。在金属增材制造过程中，由于其特殊的打印工艺，金属增材制造件的残余应力是比较复杂的，由于增材制造是一个逐层叠加的过程，每一层都需要经过快速加热和冷却，在加热和凝固的过程中，因为热膨胀和收缩等因素，会产生拉应力和压应力，所以试样中会出现大小不等，分布也不均匀的残余应力场，使得检测难以进行。
[0004]因此，针对以上不足，急需一种能够同时实现残余应力、微观组织和内部缺陷在线原位检测的方法及装置。
技术实现思路
[0005]本专利技术实施例提供了一种金属增材制造在线检测方法及装置，能够同时实现金属增材制件残余应力、微观组织和内部缺陷的在线原位检测，为金属增材制造工艺的优化和控制提供数据支撑。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种金属增材制造在线检测的方法，包括：
[0007]通过增材工艺进行逐层打印，每打印预设厚度，利用激光超声技术对增材材料进行测试，得到超声波数据；其中，所述增材材料包括所述增材工艺得到的所有层；
[0008]通过增材工艺进行逐层打印，每打印预设厚度，利用红外测温技术对所述增材材料进行测温，得到温度数据；
[0009]根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据和残余应力数据；
[0010]根据所述温度数据、微观组织分布数据、缺陷数据得到残余应力修正数据。
[0011]在一种可能的设计中，在所述根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据和残余应力数据之前，包括：
[0012]通过所述增材工艺制得标定试块；
[0013]利用所述标定试块测得声速
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应力映射关系；
[0014]所述根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据和残余应力数据，包括：
[0015]根据声速
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应力映射关系和所述超声波数据的声速确定所述残余应力数据；
[0016]根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据。
[0017]在一种可能的设计中，所述根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据，包括：
[0018]根据所述超声波数据的瑞利波幅值重构得到二维超声图像；
[0019]根据所述二维超声图像确定所述增材材料缺陷的位置信息，得到所述缺陷数据；
[0020]根据所述二维超声图像确定所述增材材料的微观组织分布，得到所述微观组织分布数据。
[0021]在一种可能的设计中，在所述通过所述增材工艺制得标定试块之后，在所述根据所述温度数据、微观组织分布数据、缺陷数据得到残余应力修正数据之前，还包括：
[0022]利用所述标定试块测得声速
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微观组织分布映射关系；
[0023]利用所述标定试块测得声速
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温度映射关系；
[0024]所述根据所述温度数据、微观组织分布数据、缺陷数据得到残余应力修正数据，包括：
[0025]根据所述温度数据和所述声速
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温度映射关系得到第一声速修正系数；
[0026]根据所述微观数据和所述声速
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微观组织分布映射关系得到第二声速修正系数；
[0027]根据所述第一声速修正系数、第二声速修正系数和缺陷数据修正所述超声波数据，得到超声波声速修正数据；结合所述超声波声速修正数据和所述声速
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应力映射关系，得到所述残余应力修正数据。
[0028]在一种可能的设计中，所述利用所述标定试块测得声速
‑
应力映射关系，包括：
[0029]采用单向拉伸实验在所述标定试块中产生不同大小的拉伸应力，同时对所述标定试块施加超声波，测量不同拉伸应力下瑞利波的声速，根据拉伸应力和声速建立所述声速
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应力映射关系。
[0030]在一种可能的设计中，所述利用所述标定试块测得声速
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微观组织分布映射关系，包括：
[0031]对所述标定试块施加超声波，在所述标定试块的不同区域得到具有映射关系的瑞利波幅值和瑞利波声速，根据不同区域所述瑞利波幅值的差异进行二维成像，得到微观组织分布，所述微观组织结合所述瑞利波声速得到所述声速
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微观组织分布映射关系。
[0032]在一种可能的设计中，所述利用所述标定试块测得声速
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温度映射关系，包括：
[0033]对所述标定试块进行连续加热处理，同时对所述标定试块施加超声波，实时监测不同温度下所述标定试块的瑞利波声速，建立所述声速
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温度映射关系。
[0034]在一种可能的设计中，所述通过增材工艺进行逐层打印，每打印预设厚度，利用激光超声技术对增材材料进行测试，得到超声波数据，包括：
[0035]通过增材工艺进行逐层打印，每打印预设厚度，对所述增材材料进行抛光处理，然后利用激光超声技术对增材材料进行测试，得到超声波数据。
[0036]在一种可能的设计中，所述标定试块为通过去应力退火处理得到的零应力试块。
[0037]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种金属增材制造在线检测装置，用于实现上述第一方面中任一项所述的方法，所述装置包括：
[0038]增材单元、检测单元和移动平台；
[0039]所述增材单元包括激光发射组件和工作仓，所述激光发射组件用于提供激光束，所述工作仓包括成型缸、送粉缸和粉末回收缸，所述送粉缸用于为所述成型缸提供粉末，所述成型缸用于将粉末在激光的作用成型，所述粉末回收缸用于回收多余的粉末；
[0040]所述检测单元包括检测仓和设置在所述检测仓中的红外测温装置、激光超声检测装置，所述红外测温装置用于测量增材制件的温度，所述激光超声检测装置用于发射、接收激光以测量所述增材制件的所述超声波数据；
[0041]所述移动平台用于承载所述增材制件在所述成型缸和检测仓之间移动。
[0042]本专利技术与现有技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金属增材制造在线检测的方法，其特征在于，包括：通过增材工艺进行逐层打印，每打印预设厚度，利用激光超声技术对增材材料进行测试，得到超声波数据；其中，所述增材材料包括所述增材工艺得到的所有层；通过增材工艺进行逐层打印，每打印预设厚度，利用红外测温技术对所述增材材料进行测温，得到温度数据；根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据和残余应力数据；根据所述温度数据、微观组织分布数据、缺陷数据得到残余应力修正数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据和残余应力数据之前，包括：通过所述增材工艺制得标定试块；利用所述标定试块测得声速
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应力映射关系；所述根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据和残余应力数据，包括：根据声速
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应力映射关系和所述超声波数据的声速确定所述残余应力数据；根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述超声波数据确定所述增材材料的微观组织分布数据、缺陷数据，包括：根据所述超声波数据的瑞利波幅值重构得到二维超声图像；根据所述二维超声图像确定所述增材材料缺陷的位置信息，得到所述缺陷数据；根据所述二维超声图像确定所述增材材料的微观组织分布，得到所述微观组织分布数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述通过所述增材工艺制得标定试块之后，在所述根据所述温度数据、微观组织分布数据、缺陷数据得到残余应力修正数据之前，还包括：利用所述标定试块测得声速
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微观组织分布映射关系；利用所述标定试块测得声速
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温度映射关系；所述根据所述温度数据、微观组织分布数据、缺陷数据得到残余应力修正数据，包括：根据所述温度数据和所述声速
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温度映射关系得到第一声速修正系数；根据所述微观数据和所述声速
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微观组织分布映射关系得到第二声速修正系数；根据所述第一声速修正系数、第二声速修正系数和缺陷数据修正所述超声波数据，得到超声波声速修正数据；结合所述超声波声速修正数据和所述声速
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应力映射关系，得到所述残余应力修正...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈丹，龚涛，陈伟，张亮，王文斌，殷安民，周光平，梁召峰，宋润华，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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