PBF增材制造高频超声在线检测单次检测层数确定方法

摘要

本发明公开了一种PBF增材制造高频超声在线检测单次检测层数确定方法，其包括以下步骤，S1.制备试样S2.测试所述试样的衰减系数；S3.模拟试块厚度确定；S4.模拟试块的制备；S5.横孔回波测试；S6.数据线性拟合A和D；S7.检出率计算；S8.根据检出率取值要求得出对应缺陷深度。本发明根据试样准确测算出衰减系数，再利用开有横孔的模拟试块精确计算出在满足检出率要求的前提下，最大的检测层数，使打印效率最大化。

说明书

技术领域

本发明属于打印检测领域，特别涉及一种PBF增材制造高频超声在线检测单次检测层数确定方法。

背景技术

PBF增材制造技术以其尺寸精度高、表面粗糙度好和效率高等特点，而成为复杂薄壁结构以及异型空腔结构的金属增材制造的代表性技术。然后由于打印过程存在工艺点位多、工艺参数及环境氛围的长期稳定性难以得到保障，打印过程常出现气孔、裂纹、层间未熔合等各类缺陷。

以红外热像、CCD为代表的图像检测技术已应用于金属增材制造过程的监测，但是这些技术只能够检测表面缺陷，而对埋藏在层下的缺陷难以发现。以激光超声为代表的非接触式高频检测技术可以通过超声波检测材料内部缺陷，是应用到PBF增材制造在线检测的有效手段。为提高检测效率且保证缺陷检出的及时性，现有的方法是采用边打边检的方式，如公开号为CN107102061A的专利申请所公开的技术方案，但是其未给出如何具体实现边打边检，其中各步骤的细节完全没有涉及，因此如何明确在边打边检方式下单次检测层数的确定方法是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效测算出单次检测层数从而在保证高检出率的前提下达到最大检测打印效率的PBF增材制造高频超声在线检测单次检测层数确定方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种PBF增材制造高频超声在线检测单次检测层数确定方法，其包括以下步骤，

S1.制备试样：按照与在线检测实施时的同种打印工艺参数，打印出相同材料的试样；

S2.测试所述试样的衰减系数：利用两次底面回波波幅的降低和所述试样厚度的比值取对数表示；

S3.模拟试块厚度确定：利用衰减系数，计算出衰减量达到mdB时，对应的厚度即为模拟试块的厚度；

S4.模拟试块的制备：

（1）绘制模拟试块三维图，在不同深度位置排布直径d0的横通孔，打印参数中打印单层厚度为d0，横孔的中心间隔高度也为d0；

（2）利用与所述试样相同的打印工艺参数，打印出模拟试块；

（3）将所述模拟试块两测打磨，露出横孔，利用机加工，将横孔内部粉末挤出并打磨平整；

S5.横孔回波测试：利用与测试所述试样的衰减系数时相同的检测参数，对不同深度的横孔进行测试，获得每个横孔的最大回波幅值，构成一维数组A(a1,a2..an)；横孔深度值构成一维数组D（d1,d2..dn），n为正整数；

S6.数据线性拟合A和D：将深度值数组D和幅值数组A进行对数线性拟合，得到拟合直线的截距β0、斜率β1和标准差，

；

S7.检出率计算：利用累计正态分布模型计算缺陷深度与缺陷检出概率之间的关系曲线。POD为缺陷检出率，d为缺陷深度变量，ad为检测阈值，取背景噪声的幅值高度作为检测阈值，

S8.根据检出率取值要求得出对应缺陷深度，该缺陷深度即为检测的极限深度，极限深度除以单次打印的层深得出检测层数。

优化的，所述衰减量的取值范围为：0<m<20。

优化的，所述试样为长方体或正方体。

优化的，相邻两个所述横孔的间隔宽度相同。

优化的，检测参数包括频率和能量。

本发明的有益效果在于：本发明根据试样准确测算出衰减系数，再利用开有横孔的模拟试块精确计算出在满足检出率要求的前提下，最大的检测层数，使打印效率最大化。

附图说明

附图1为模拟试块及横孔的示意图；

附图2为极限检测深度为0.4mm的不锈钢材料的缺陷深度与缺陷检出概率之间的关系曲线；

附图3为极限检测深度为0.55mm的细晶粒不锈钢的缺陷深度与缺陷检出概率之间的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述，PBF增材制造高频超声在线检测单次检测层数确定方法包括以下步骤：

实施例一

S1. 材料衰减系数测试用试样制备：

按照与在线检测实施时的同种打印工艺参数，打印出相同材料的方形试样，试样厚度5mm（也可以为其他厚度10mm，15mm）；

S2. 利用超声波测试材料的声衰减系数：

衰减系数测试方法为常规方法，利用两次底面回波波幅的降低和试样厚度的比值取对数表示；

S3. 模拟试块厚度设计：

利用衰减系数，计算出衰减量达到20dB时，对应的厚度即为模拟试块的厚度。

S4. 模拟试块的制备：

（1）绘制模拟试块三维图，如图所示，长方体试块，在不同深度位置排布直径d0的横通孔（打印参数中打印单层厚度为d0）；横孔的中心间隔高度也为d0；

（2）利用同种打印工艺参数，打印出模拟试块；

（3）将模拟试块两测打磨，露出横孔，利用机加工，将横孔内部粉末挤出并打磨平整.

S5. 横孔回波测试：

利用与超声在线检测相同的检测参数（频率、能量…），对不同深度的横孔进行测试，获得每个横孔的最大回波幅值，构成一维数组A(a1,a2..an)；横孔深度值构成一维数组D（d1,d2..dn）；

S6. 数据线性拟合A和D：

将深度值数组D和幅值数组A进行对数线性拟合，得到拟合直线的截距β0、斜率β1和标准差；

S7. 检出率计算

利用累计正态分布模型计算缺陷深度与缺陷检出概率之间的关系曲线。POD为缺陷检出率，d为缺陷深度变量，ad为检测阈值，取背景噪声的幅值高度作为检测阈值；

S8. 确定以90%检出率所对应缺陷深度作为检测的极限深度。

如图2所示，对于某种打印工艺的不锈钢材料，0.4mm为极限检测深度。

实施例二

S1. 材料衰减系数测试用试样制备：

按照与在线检测实施时的同种打印工艺参数，打印出相同材料的方形试样，试样厚度5mm（也可以为其他厚度10mm，15mm）；

S2. 利用超声波测试材料的声衰减系数：

衰减系数测试方法为常规方法，利用两次底面回波波幅的降低和试样厚度的比值取对数表示；

S3. 模拟试块厚度设计：

利用衰减系数，计算出衰减量达到20dB时，对应的厚度即为模拟试块的厚度。

S4. 模拟试块的制备：

（1）绘制模拟试块三维图，如图所示，长方体试块，在不同深度位置排布直径d0的横通孔（打印参数中打印单层厚度为d0）；横孔的中心间隔高度也为d0；

（2）利用同种打印工艺参数，打印出模拟试块；

（3）将模拟试块两测打磨，露出横孔，利用机加工，将横孔内部粉末挤出并打磨平整.

S5. 横孔回波测试：

利用与超声在线检测相同的检测参数（频率、能量…），对不同深度的横孔进行测试，获得每个横孔的最大回波幅值，构成一维数组A(a1,a2..an)；横孔深度值构成一维数组D（d1,d2..dn）；

S6. 数据线性拟合A和D：

将深度值数组D和幅值数组A进行对数线性拟合，得到拟合直线的截距β0、斜率β1和标准差；

S7. 检出率计算

利用累计正态分布模型计算缺陷深度与缺陷检出概率之间的关系曲线。POD为缺陷检出率，d为缺陷深度变量，ad为检测阈值，取背景噪声的幅值高度作为检测阈值；

S8. 确定以90%检出率所对应缺陷深度作为检测的极限深度。

如图3所示，对于某种打印工艺的细晶粒不锈钢，0.55mm为极限深度.

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。