金属增材制造缺陷及检测

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 金属增材制造的发展 1
1.2 金属增材制造技术分类 3
1.2.1 激光选区熔化增材制造技术 3
1.2.2 激光定向能量沉积增材制造技术 6
1.2.3 电子束熔丝沉积增材制造技术 8
1.2.4 电子束选区熔化成形增材制造技术 10
1.2.5 电弧增材制造技术 12
1.2.6 超声波增材制造技术 14
1.2.7 冷喷涂增材制造技术 16
1.3 金属增材制造用粉末材料 19
1.3.1 增材制造粉末制备方法 19
1.3.2 增材制造粉末形态描述 28
1.3.3 常用增材制造粉末材料 33
1.4 金属增材制造技术的应用 36
1.4.1 在航空航天的应用 37
1.4.2 在能源行业的应用 39
1.4.3 在医疗领域的应用 41
1.4.4 在模具制造中的应用 41
1.5 金属增材制造的冶金过程 44
1.5.1 热源和材料的相互作用机理 44
1.5.2 增材制造熔池特征 48
1.6 金属增材制造中的典型缺陷及检测技术 54
1.6.1 增材制造中的典型缺陷 54
1.6.2 增材制造缺陷检测的特点及方法 55
1.6.3 我国金属增材制造检测技术的战略布局 61
参考文献 62
第2章 金属增材制造的孔洞缺陷 66
2.1 匙孔缺陷的冶金基础 66
2.1.1 激光熔化模式 66
2.1.2 匙孔缺陷的产生及影响 70
2.1.3 匙孔缺陷形成的微观过程 70
2.2 增材制造中的匙孔缺陷 72
2.2.1 增材过程的焊接模式 72
2.2.2 匙孔缺陷形成的影响因素 74
2.2.3 典型增材制造材料中的匙孔缺陷 78
2.3 增材制造中的气孔缺陷 81
2.3.1 气孔缺陷的冶金基础 82
2.3.2 选择性激光熔化中的气孔缺陷 85
2.3.3 电子束增材制造中的气孔缺陷 91
2.3.4 电弧增材制造中的气孔缺陷 96
2.3.5 气孔缺陷对材料性能的影响 101
2.4 本章小结 104
参考文献 105
第3章 金属增材制造的未熔合及夹渣缺陷 108
3.1 未熔合缺陷 108
3.1.1 未熔合缺陷的冶金基础 108
3.1.2 激光选区熔化增材制造中的未熔合缺陷 109
3.1.3 电子束增材制造中的未熔合缺陷 118
3.1.4 电弧增材制造中的未熔合缺陷 125
3.1.5 冷喷涂增材制造中的未熔合缺陷 125
3.2 夹渣缺陷 126
3.2.1 夹渣缺陷的冶金基础 127
3.2.2 焊接中的夹渣缺陷 133
3.2.3 激光选区熔化中的夹渣缺陷 135
3.2.4 激光定向能量沉积中的夹渣缺陷 141
3.2.5 电子束增材制造中的夹渣缺陷 144
3.2.6 电弧增材制造中的夹渣缺陷 146
3.3 本章小结 148
参考文献 149
第4章 金属增材制造的裂纹缺陷 152
4.1 裂纹缺陷的冶金基础 152
4.1.1 残余应力 152
4.1.2 凝固行为 152
4.2 凝固裂纹 155
4.2.1 微观机制 155
4.2.2 裂纹微观特征 157
4.2.3 凝固裂纹的影响因素 158
4.2.4 预防措施 161
4.3 液化裂纹 162
4.3.1 产生机理 162
4.3.2 典型微观形貌 164
4.3.3 影响液化裂纹敏感性的因素 166
4.3.4 预防措施 167
4.4 冷裂纹 167
4.4.1 微观机制 167
4.4.2 典型微观形貌 167
4.4.3 冷裂纹的影响因素 168
4.4.4 预防措施 168
4.5 分层 169
4.5.1 形成原因 169
4.5.2 预防措施 169
4.6 典型增材制造材料中的裂纹 170
4.6.1 镍基高温合金中的裂纹 170
4.6.2 钛合金中的裂纹 175
4.6.3 铝合金中的裂纹 178
4.6.4 不锈钢中的裂纹 184
4.7 本章小结 186
参考文献 187
第5章 金属增材制造的表面缺陷 193
5.1 增材制造中的球化 193
5.1.1 增材制造球化的理论基础 193
5.1.2 增材制造中的球化机制 198
5.1.3 增材制造工艺参数对球化的影响 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处理 212
5.2.1 表面粗糙度基础知识 212
5.2.2 增材制造部件表面粗糙度影响因素 213
5.2.3 典型增材制造方法的表面形貌 217
5.2.4 后处理对增材制造部件表面形貌的影响 220
5.2.5 增材制造部件表面形貌和性能关系 227
5.3 本章小结 228
参考文献 229
第6章 金属增材制造的光学检测 231
6.1 基于高温计和高速相机的熔池监测 231
6.1.1 基于高温计的熔池温度测量 231
6.1.2 基于高速相机的熔覆面监测 237
6.1.3 高温计与高速相机熔池同轴监测 242
6.2 增材制造过程的红外热像监测 245
6.2.1 红外热像技术及其与增材制造装备的集成 245
6.2.2 未熔合缺陷的红外热像检测 249
6.2.3 孔隙率的红外热像测量 250
6.2.4 熔池尺寸的红外热像测量 252
6.2.5 基于红外热像反馈的材料晶粒度控制 253
6.3 表面缺陷的光学相干成像检测 254
6.3.1 适用于增材制造的典型光学相干成像方法 255
6.3.2 光学相干成像系统与增材制造装备的集成 257
6.3.3 熔覆面缺陷的光学相干成像监测 258
6.4 增材制件三维形貌的视觉传感检测 263
6.4.1 基于结构光的主动三维形貌测量技术 264
6.4.2 基于数字图像相关的被动三维形貌测量技术 268
参考文献 275
第7章 金属增材制造的超声检测 278
7.1 增材制件的离线超声检测 278
7.1.1 常规超声检测 278
7.1.2 水浸超声检测 283
7.1.3 相控阵超声检测 286
7.2 增材制造过程的在线超声检测 290
7.2.1 压电在线超声检测 290
7.2.2 激光在线超声检测 291
7.2.3 电磁在线超声检测 296
7.2.4 空气耦合在线超声检测 300
7.2.5 超声检测装备与增材制造装备的集成 303
7.3 金属增材制造组织与应力的超声表征 306
7.3.1 基于超声声速的组织和性能表征技术 306
7.3.2 基于超声散射衰减的组织表征技术 315
7.3.3 基于超声非线性的组织表征技术 320
7.4 增材制造过程的声发射检测 324
7.4.1 增材制造的声发射检测机理 324
7.4.2 基于光纤光栅的粉末床熔融在线检测 329
7.4.3 基于压电传感器的直接能量沉积在线检测 332
参考文献 333
第8章 金属增材制造的射线检测 336
8.1 增材制造的射线检测基础与特点 336
8.1.1 射线的衰减机制 336
8.1.2 射线成像的物理模型 337
8.1.3 CT图像的重建算法 339
8.1.4 射线检测装备 340
8.2 增材制造部件的工业CT检测 349
8.2.1 体积型缺陷的CT检测 349
8.2.2 工业CT检测能力验证 355
8.2.3 工业CT的其他测量功能 358
8.3 增材制造部件的同步辐射 362
8.3.1 同步辐射与增材制造装备的集成 362
8.3.2 熔池形貌的在线监测 364
8.3.3 缺陷演化监测 366
8.3.4 粉末运动监测 367
8.3.5 凝固速率监测 370
8.3.6 材料相变监测 371
8.4 射线背散射成像技术在增材制造中的应用展望 372
8.4.1 增材制造的射线背散射成像特点 373
8.4.2 X射线背散射成像的应用 376
参考文献 380
第9章 金属增材制造的电磁检测 382
9.1 增材制造的常规涡流检测 382
9.1.1 增材制造常规涡流检测原理与特点 382
9.1.2 基于常规涡流的增材制造在线检测 390
9.1.3 基于高灵敏涡流传感器的增材制件离线检测 391
9.2 增材制造的阵列涡流 395
9.2.1 增材制造阵列涡流检测原理与特点 396
9.2.2 基于阵列涡流的增材制造在线检测 398
9.2.3 基于阵列涡流的增材制造离线检测 400
9.3 增材制造的脉冲涡流 402
9.3.1 增材制造脉冲涡流检测原理与特点 402
9.3.2 脉冲涡流在增材制造检测中的应用 405
9.4 微磁检测在增材制造中的应用展望 406
9.4.1 微小缺陷的微磁检测 407
9.4.2 增材制件力学性能及应力的微磁测量 410
参考文献 414