金屬增材制造缺陷及檢測

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 金屬增材制造的發(fā)展 1
1.2 金屬增材制造技術(shù)分類 3
1.2.1 激光選區(qū)熔化增材制造技術(shù) 3
1.2.2 激光定向能量沉積增材制造技術(shù) 6
1.2.3 電子束熔絲沉積增材制造技術(shù) 8
1.2.4 電子束選區(qū)熔化成形增材制造技術(shù) 10
1.2.5 電弧增材制造技術(shù) 12
1.2.6 超聲波增材制造技術(shù) 14
1.2.7 冷噴涂增材制造技術(shù) 16
1.3 金屬增材制造用粉末材料 19
1.3.1 增材制造粉末制備方法 19
1.3.2 增材制造粉末形態(tài)描述 28
1.3.3 常用增材制造粉末材料 33
1.4 金屬增材制造技術(shù)的應(yīng)用 36
1.4.1 在航空航天的應(yīng)用 37
1.4.2 在能源行業(yè)的應(yīng)用 39
1.4.3 在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用 41
1.4.4 在模具制造中的應(yīng)用 41
1.5 金屬增材制造的冶金過程 44
1.5.1 熱源和材料的相互作用機理 44
1.5.2 增材制造熔池特征 48
1.6 金屬增材制造中的典型缺陷及檢測技術(shù) 54
1.6.1 增材制造中的典型缺陷 54
1.6.2 增材制造缺陷檢測的特點及方法 55
1.6.3 我國金屬增材制造檢測技術(shù)的戰(zhàn)略布局 61
參考文獻 62
第2章 金屬增材制造的孔洞缺陷 66
2.1 匙孔缺陷的冶金基礎(chǔ) 66
2.1.1 激光熔化模式 66
2.1.2 匙孔缺陷的產(chǎn)生及影響 70
2.1.3 匙孔缺陷形成的微觀過程 70
2.2 增材制造中的匙孔缺陷 72
2.2.1 增材過程的焊接模式 72
2.2.2 匙孔缺陷形成的影響因素 74
2.2.3 典型增材制造材料中的匙孔缺陷 78
2.3 增材制造中的氣孔缺陷 81
2.3.1 氣孔缺陷的冶金基礎(chǔ) 82
2.3.2 選擇性激光熔化中的氣孔缺陷 85
2.3.3 電子束增材制造中的氣孔缺陷 91
2.3.4 電弧增材制造中的氣孔缺陷 96
2.3.5 氣孔缺陷對材料性能的影響 101
2.4 本章小結(jié) 104
參考文獻 105
第3章 金屬增材制造的未熔合及夾渣缺陷 108
3.1 未熔合缺陷 108
3.1.1 未熔合缺陷的冶金基礎(chǔ) 108
3.1.2 激光選區(qū)熔化增材制造中的未熔合缺陷 109
3.1.3 電子束增材制造中的未熔合缺陷 118
3.1.4 電弧增材制造中的未熔合缺陷 125
3.1.5 冷噴涂增材制造中的未熔合缺陷 125
3.2 夾渣缺陷 126
3.2.1 夾渣缺陷的冶金基礎(chǔ) 127
3.2.2 焊接中的夾渣缺陷 133
3.2.3 激光選區(qū)熔化中的夾渣缺陷 135
3.2.4 激光定向能量沉積中的夾渣缺陷 141
3.2.5 電子束增材制造中的夾渣缺陷 144
3.2.6 電弧增材制造中的夾渣缺陷 146
3.3 本章小結(jié) 148
參考文獻 149
第4章 金屬增材制造的裂紋缺陷 152
4.1 裂紋缺陷的冶金基礎(chǔ) 152
4.1.1 殘余應(yīng)力 152
4.1.2 凝固行為 152
4.2 凝固裂紋 155
4.2.1 微觀機制 155
4.2.2 裂紋微觀特征 157
4.2.3 凝固裂紋的影響因素 158
4.2.4 預(yù)防措施 161
4.3 液化裂紋 162
4.3.1 產(chǎn)生機理 162
4.3.2 典型微觀形貌 164
4.3.3 影響液化裂紋敏感性的因素 166
4.3.4 預(yù)防措施 167
4.4 冷裂紋 167
4.4.1 微觀機制 167
4.4.2 典型微觀形貌 167
4.4.3 冷裂紋的影響因素 168
4.4.4 預(yù)防措施 168
4.5 分層 169
4.5.1 形成原因 169
4.5.2 預(yù)防措施 169
4.6 典型增材制造材料中的裂紋 170
4.6.1 鎳基高溫合金中的裂紋 170
4.6.2 鈦合金中的裂紋 175
4.6.3 鋁合金中的裂紋 178
4.6.4 不銹鋼中的裂紋 184
4.7 本章小結(jié) 186
參考文獻 187
第5章 金屬增材制造的表面缺陷 193
5.1 增材制造中的球化 193
5.1.1 增材制造球化的理論基礎(chǔ) 193
5.1.2 增材制造中的球化機制 198
5.1.3 增材制造工藝參數(shù)對球化的影響 201
5.1.4 典型增材制造材料中的球化 210
5.2 增材制造部件的表面形貌及后處理 212
5.2.1 表面粗糙度基礎(chǔ)知識 212
5.2.2 增材制造部件表面粗糙度影響因素 213
5.2.3 典型增材制造方法的表面形貌 217
5.2.4 后處理對增材制造部件表面形貌的影響 220
5.2.5 增材制造部件表面形貌和性能關(guān)系 227
5.3 本章小結(jié) 228
參考文獻 229
第6章 金屬增材制造的光學(xué)檢測 231
6.1 基于高溫計和高速相機的熔池監(jiān)測 231
6.1.1 基于高溫計的熔池溫度測量 231
6.1.2 基于高速相機的熔覆面監(jiān)測 237
6.1.3 高溫計與高速相機熔池同軸監(jiān)測 242
6.2 增材制造過程的紅外熱像監(jiān)測 245
6.2.1 紅外熱像技術(shù)及其與增材制造裝備的集成 245
6.2.2 未熔合缺陷的紅外熱像檢測 249
6.2.3 孔隙率的紅外熱像測量 250
6.2.4 熔池尺寸的紅外熱像測量 252
6.2.5 基于紅外熱像反饋的材料晶粒度控制 253
6.3 表面缺陷的光學(xué)相干成像檢測 254
6.3.1 適用于增材制造的典型光學(xué)相干成像方法 255
6.3.2 光學(xué)相干成像系統(tǒng)與增材制造裝備的集成 257
6.3.3 熔覆面缺陷的光學(xué)相干成像監(jiān)測 258
6.4 增材制件三維形貌的視覺傳感檢測 263
6.4.1 基于結(jié)構(gòu)光的主動三維形貌測量技術(shù) 264
6.4.2 基于數(shù)字圖像相關(guān)的被動三維形貌測量技術(shù) 268
參考文獻 275
第7章 金屬增材制造的超聲檢測 278
7.1 增材制件的離線超聲檢測 278
7.1.1 常規(guī)超聲檢測 278
7.1.2 水浸超聲檢測 283
7.1.3 相控陣超聲檢測 286
7.2 增材制造過程的在線超聲檢測 290
7.2.1 壓電在線超聲檢測 290
7.2.2 激光在線超聲檢測 291
7.2.3 電磁在線超聲檢測 296
7.2.4 空氣耦合在線超聲檢測 300
7.2.5 超聲檢測裝備與增材制造裝備的集成 303
7.3 金屬增材制造組織與應(yīng)力的超聲表征 306
7.3.1 基于超聲聲速的組織和性能表征技術(shù) 306
7.3.2 基于超聲散射衰減的組織表征技術(shù) 315
7.3.3 基于超聲非線性的組織表征技術(shù) 320
7.4 增材制造過程的聲發(fā)射檢測 324
7.4.1 增材制造的聲發(fā)射檢測機理 324
7.4.2 基于光纖光柵的粉末床熔融在線檢測 329
7.4.3 基于壓電傳感器的直接能量沉積在線檢測 332
參考文獻 333
第8章 金屬增材制造的射線檢測 336
8.1 增材制造的射線檢測基礎(chǔ)與特點 336
8.1.1 射線的衰減機制 336
8.1.2 射線成像的物理模型 337
8.1.3 CT圖像的重建算法 339
8.1.4 射線檢測裝備 340
8.2 增材制造部件的工業(yè)CT檢測 349
8.2.1 體積型缺陷的CT檢測 349
8.2.2 工業(yè)CT檢測能力驗證 355
8.2.3 工業(yè)CT的其他測量功能 358
8.3 增材制造部件的同步輻射 362
8.3.1 同步輻射與增材制造裝備的集成 362
8.3.2 熔池形貌的在線監(jiān)測 364
8.3.3 缺陷演化監(jiān)測 366
8.3.4 粉末運動監(jiān)測 367
8.3.5 凝固速率監(jiān)測 370
8.3.6 材料相變監(jiān)測 371
8.4 射線背散射成像技術(shù)在增材制造中的應(yīng)用展望 372
8.4.1 增材制造的射線背散射成像特點 373
8.4.2 X射線背散射成像的應(yīng)用 376
參考文獻 380
第9章 金屬增材制造的電磁檢測 382
9.1 增材制造的常規(guī)渦流檢測 382
9.1.1 增材制造常規(guī)渦流檢測原理與特點 382
9.1.2 基于常規(guī)渦流的增材制造在線檢測 390
9.1.3 基于高靈敏渦流傳感器的增材制件離線檢測 391
9.2 增材制造的陣列渦流 395
9.2.1 增材制造陣列渦流檢測原理與特點 396
9.2.2 基于陣列渦流的增材制造在線檢測 398
9.2.3 基于陣列渦流的增材制造離線檢測 400
9.3 增材制造的脈沖渦流 402
9.3.1 增材制造脈沖渦流檢測原理與特點 402
9.3.2 脈沖渦流在增材制造檢測中的應(yīng)用 405
9.4 微磁檢測在增材制造中的應(yīng)用展望 406
9.4.1 微小缺陷的微磁檢測 407
9.4.2 增材制件力學(xué)性能及應(yīng)力的微磁測量 410
參考文獻 414