一種金屬材料高能束增減材?在線渦流檢測復(fù)合加工方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種金屬材料高能束增減材?在線渦流檢測復(fù)合加工方法，包括如下步驟：(1)增材成形，采用高能束熔化金屬材料按照預(yù)設(shè)路徑逐層熔化/凝固堆積；(2)減材加工，對已沉積成形的材料進(jìn)行減材加工，得到較高尺寸精度和表面質(zhì)量的檢測平面；(3)渦流檢測，在表面上進(jìn)行渦流無損檢測，對工件進(jìn)行預(yù)設(shè)深度的檢測，判斷材料表面或者內(nèi)部是否有缺陷產(chǎn)生并確定其位置；(4)檢測判斷及處理，對超標(biāo)的表面或亞表面缺陷通過減材加工進(jìn)行去除，然后調(diào)整增材工藝增材沉積直至完成整個(gè)金屬構(gòu)件；若無缺陷則直接循環(huán)重復(fù)完成在線檢測及高質(zhì)量工件成形。本發(fā)明專利技術(shù)解決了純增材制造零件無法在線檢測及修復(fù)的問題，具有降低產(chǎn)品缺陷率、節(jié)約時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。

A metal material or material of high energy beam online eddy current composite processing method

The invention provides a metal material or material of high energy beam online eddy composite processing method, which comprises the following steps: (1) increasing material forming by high energy beam melting metal materials according to a preset path layer melting / solidification packing; (2) to reduce the material processing, for deposition of materials and materials processing. Get the detection plane high size precision and surface quality; (3) eddy current testing, eddy current nondestructive testing on the surface, detect preset depth on the workpiece, to determine whether the internal or surface defects and determine its position; (4) checking and processing, to exceed the standard surface or sub surface defects through the reduction of material processing was removed, and then adjust the increasing material increasing material deposition process until the completion of the whole metal component; if no defect is directly repeated complete on-line detection and high quality of the workpiece forming. The invention solves the problem that the parts made of pure materials can not be detected and repaired on-line, and has the advantages of reducing the defect rate of the product and saving time.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種金屬材料高能束增減材-在線渦流檢測復(fù)合加工方法
本專利技術(shù)涉及金屬材料增減材復(fù)合制造(3D打印)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬材料高能束增減材-在線渦流檢測復(fù)合加工方法。
技術(shù)介紹
增材制造是三維實(shí)體離散為若干個(gè)二維平面，通過逐層疊加材料進(jìn)行生產(chǎn)，最終形成三維零件。減材制造是通過車削、銑削等機(jī)械加工方式對原材料進(jìn)行去除，從而最終生產(chǎn)出成品。增減材復(fù)合制造是將二者結(jié)合起來，在增材制造一定層數(shù)后引入減材工藝，實(shí)時(shí)對沉積材料進(jìn)行高精度的減材加工。增材和減材過程的有機(jī)結(jié)合彌補(bǔ)了純增材工件表面質(zhì)量差，尺寸精度低的問題，同時(shí)又能成形傳統(tǒng)減材工藝不能制造的復(fù)雜幾何形狀零件。因此是一種發(fā)展?jié)摿薮蟮募庸し椒?。但是，增減材工藝中的增材制造過程(如激光近凈成形、電子束選區(qū)熔化等)是局部高溫與快速冷卻的冶金過程，它以高能移動熱源，沿著規(guī)劃好的路徑逐步進(jìn)行掃描，在不均勻加熱和快速冷卻過程中容易產(chǎn)生氣孔、夾雜、裂紋等各種缺陷，傳統(tǒng)的無損檢測一般在零件整體成形后才進(jìn)行。零件材料缺陷的存在極大地限制零件的使用性能，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)零件報(bào)廢，造成時(shí)間、材料、資源等浪費(fèi)。而且，由于采用增減材復(fù)合制造工藝的零件，往往具有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，后檢測處理的精度也很難保證。因此，一種能夠在增減材復(fù)合制造過程中，對沉積材料的缺陷進(jìn)行在線檢測的方法顯得尤為重要。在傳統(tǒng)的五大無損檢測方法中：滲透和磁粉檢測只能探測表面缺陷，且容易對原材料粉體造成污染。射線檢測的設(shè)備復(fù)雜，信號處理繁瑣，檢測速度慢，且容易產(chǎn)生放射性污染。超聲波檢測需要對檢測材料涂抹耦合劑，在高溫且有粉塵的增減材成形環(huán)境中也不適用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，提供一種金屬材料高能束增減材-在線渦流檢測復(fù)合加工方法，有效地解決了增材制造零件表面及內(nèi)部缺陷無法在線檢測和去除的問題。同時(shí)，利用減材功能對存在缺陷部分進(jìn)行在線去除，而后改進(jìn)增材工藝重新沉積，從而實(shí)現(xiàn)缺陷的在線檢測與修復(fù)。本專利技術(shù)采用的技術(shù)手段如下：一種金屬材料高能束增減材-在線渦流檢測復(fù)合加工方法，其特征包括如下步驟：S1、增材成形：通過繪圖軟件繪制預(yù)制備的金屬構(gòu)件模型后，獲取金屬構(gòu)件分層截面數(shù)據(jù)，劃分分層截面高能束掃描路徑，采用高能束熔化金屬成形材料按照預(yù)設(shè)路徑逐層熔化/凝固堆積；S2、減材加工：根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)，對已沉積成形的材料進(jìn)行減材加工，得到預(yù)設(shè)的尺寸精度和表面質(zhì)量的檢測平面；S3、渦流檢測：在步驟S2中得到的檢測平面表面上進(jìn)行渦流無損檢測，對工件進(jìn)行預(yù)設(shè)深度的檢測，通過渦流信號判斷材料表面或者內(nèi)部是否有缺陷產(chǎn)生并確定其位置；S4、檢測判斷及處理：1)對超標(biāo)的表面或亞表面缺陷通過在線減材加工對缺陷部分進(jìn)行去除，然后調(diào)整增材工藝重新進(jìn)行步驟S1-S3直至完成整個(gè)金屬構(gòu)件；2)如果沒有明顯缺陷被檢測到，則直接循環(huán)重復(fù)步驟S1-S3直至完成整個(gè)金屬構(gòu)件。進(jìn)一步地，所述高能束包括具有高功率或高亮度熱源的激光束、電子束或電弧或離子束。進(jìn)一步地，所述金屬成形材料為粉末、絲狀或板狀材料。進(jìn)一步地，所述高能束根據(jù)預(yù)設(shè)工藝參數(shù)將金屬成形材料熔化/凝固堆積單層或多層。進(jìn)一步地，所述步驟S2的減材加工可根據(jù)預(yù)設(shè)工藝條件在步驟S1的增材成形過程中進(jìn)行，對零件內(nèi)部封閉結(jié)構(gòu)在其封閉成形前進(jìn)行內(nèi)表面加工。進(jìn)一步地，所述渦流檢測采用電渦流缺陷檢測傳感器，包括傳統(tǒng)正弦渦流、脈沖渦流或磁光/渦流形式。進(jìn)一步地，所述熔化/凝固堆積層的厚度小于所述渦流檢測的極限深度，所述渦流檢測的深度通過改變激勵(lì)頻率進(jìn)行調(diào)整。較現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)解決了純增材制造零件無法進(jìn)行缺陷的在線檢測和去除問題，使同時(shí)具有優(yōu)異內(nèi)部組織和復(fù)雜幾何形狀的高性能關(guān)鍵零部件的一體化制造成為可能。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本專利技術(shù)可實(shí)現(xiàn)增減材復(fù)合制造成形零件的在線檢測，可有效地降低產(chǎn)品缺陷率，節(jié)約時(shí)間和成本。2、本專利技術(shù)可在發(fā)現(xiàn)缺陷的情況下，對缺陷部分進(jìn)行減材去除，從而實(shí)現(xiàn)在線缺陷修復(fù)。3、相比于其他無損檢測方法，本專利技術(shù)采用的渦流檢測方法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，檢測速度快，沒有污染，不需耦合劑。4、本專利技術(shù)采用的渦流檢測方法能夠在沉積材料有余熱的情況下工作。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術(shù)的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術(shù)的加工方法示意圖。圖2為本專利技術(shù)在實(shí)施例1中所用渦流檢測探頭的原理圖，其中，(a)為增減材試樣中沒有缺陷的渦流檢測；(b)為增減材試樣中存在缺陷的渦流檢測。圖3為本專利技術(shù)的加工方法流程框圖。圖中：1、高能束噴頭；2、亞表面缺陷；3、已沉積工件；4、減材刀具；5、渦流探頭；A、檢測電路；B、初級磁場；C、反作用磁場；D、渦流；E、缺陷；F、增減材試塊。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本專利技術(shù)一部分實(shí)施例，并不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。如圖1-3所示，一種金屬材料高能束增減材-在線渦流檢測復(fù)合加工方法，包括如下步驟：S1、增材成形：通過繪圖軟件(通常采用CAD繪制零件三維模型)繪制預(yù)制備的金屬構(gòu)件模型后，采用切片軟件獲取金屬構(gòu)件分層截面數(shù)據(jù)，劃分分層截面高能束掃描路徑，采用高能束熔化金屬成形材料按照預(yù)設(shè)路徑逐層熔化/凝固堆積；所述高能束包括具有高功率或高亮度熱源的激光束、電子束或電弧或離子束等等。所述高能束根據(jù)預(yù)設(shè)工藝參數(shù)將金屬成形材料熔化/凝固堆積單層或多層。所述熔化/凝固堆積層的厚度小于所述渦流檢測的極限深度(即檢測的量程范圍)，所述渦流檢測的深度通過改變激勵(lì)頻率進(jìn)行調(diào)整，從而保證整個(gè)工件通過逐層掃描的的方式得到檢測。所述金屬成形材料為粉末、絲狀或板狀材料。S2、減材加工：根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)：如刀具轉(zhuǎn)速，切削深度，每齒進(jìn)給量等對已沉積成形的材料進(jìn)行必要的減材加工，主要為了消除臺階效應(yīng)，得到預(yù)設(shè)的尺寸精度和表面質(zhì)量的檢測平面，加工出高表面質(zhì)量檢測平面；其中，減材加工可根據(jù)預(yù)設(shè)工藝條件在增材成形過程中進(jìn)行，對零件內(nèi)部封閉結(jié)構(gòu)在其封閉成形前進(jìn)行內(nèi)表面加工(如中空結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的加工)。增減材復(fù)合加工可以為后續(xù)渦流在線檢測提供平整檢測平面，避免增材粗糙表面影響缺陷信號。S3、渦流檢測：在步驟S2中得到的檢測平面表面上進(jìn)行渦流無損檢測，檢測電路A中通以交變電流產(chǎn)生的初級磁場B使得增減材試塊F中產(chǎn)生渦流D，此渦流D又會產(chǎn)生反作用磁場C，反作用磁場C對原檢測電路產(chǎn)生影響，使檢測線路A中的電流產(chǎn)生變化。而增減材試塊F中如果有缺陷E的存在，則渦流D的分布就會產(chǎn)生變化，通過反作用磁場C對檢測電路A的影響也就會發(fā)生變化。所以可以根據(jù)檢測電路A中電流的變化來對工件進(jìn)行檢測，通過渦流信號判斷材料表面或者內(nèi)部是否有缺陷產(chǎn)生并確定其位置；所述渦流檢測采用電渦流缺陷檢測傳感器，包括傳統(tǒng)正弦渦流、脈沖渦流或磁光/渦流等各種形式，不局限于上述幾種。S4、檢測判斷及處理：1)對不可容忍的、超標(biāo)的表面或本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種金屬材料高能束增減材?在線渦流檢測復(fù)合加工方法，其特征在于包括如下步驟：S1、增材成形：通過繪圖軟件繪制預(yù)制備的金屬構(gòu)件模型后，獲取金屬構(gòu)件分層截面數(shù)據(jù)，劃分分層截面高能束掃描路徑，采用高能束熔化金屬成形材料按照預(yù)設(shè)路徑逐層熔化/凝固堆積；S2、減材加工：根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)，對已沉積成形的材料進(jìn)行減材加工，得到預(yù)設(shè)的尺寸精度和表面質(zhì)量的檢測平面；S3、渦流檢測：在步驟S2中得到的檢測平面表面上進(jìn)行渦流無損檢測，對工件進(jìn)行預(yù)設(shè)深度的檢測，通過渦流信號判斷材料表面或者內(nèi)部是否有缺陷產(chǎn)生并確定其位置；S4、檢測判斷及處理：1)對超標(biāo)的表面或亞表面缺陷通過在線減材加工對缺陷部分進(jìn)行去除，然后調(diào)整增材工藝重新進(jìn)行步驟S1?S3直至完成整個(gè)金屬構(gòu)件；2)如果沒有檢測到明顯缺陷，則直接循環(huán)重復(fù)步驟S1?S3直至完成整個(gè)金屬構(gòu)件。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種金屬材料高能束增減材-在線渦流檢測復(fù)合加工方法，其特征在于包括如下步驟：S1、增材成形：通過繪圖軟件繪制預(yù)制備的金屬構(gòu)件模型后，獲取金屬構(gòu)件分層截面數(shù)據(jù)，劃分分層截面高能束掃描路徑，采用高能束熔化金屬成形材料按照預(yù)設(shè)路徑逐層熔化/凝固堆積；S2、減材加工：根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)，對已沉積成形的材料進(jìn)行減材加工，得到預(yù)設(shè)的尺寸精度和表面質(zhì)量的檢測平面；S3、渦流檢測：在步驟S2中得到的檢測平面表面上進(jìn)行渦流無損檢測，對工件進(jìn)行預(yù)設(shè)深度的檢測，通過渦流信號判斷材料表面或者內(nèi)部是否有缺陷產(chǎn)生并確定其位置；S4、檢測判斷及處理：1)對超標(biāo)的表面或亞表面缺陷通過在線減材加工對缺陷部分進(jìn)行去除，然后調(diào)整增材工藝重新進(jìn)行步驟S1-S3直至完成整個(gè)金屬構(gòu)件；2)如果沒有檢測到明顯缺陷，則直接循環(huán)重復(fù)步驟S1-S3直至完成整個(gè)金屬構(gòu)件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料高能束增減材-在線渦流檢測復(fù)合加工方法，其特征在于，所述高能束包括具有高功率或高亮度熱源的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張璧，杜巍，白倩，
申請(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧,21