Page 36 - 无损检测2024年第四期
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胡正伟, 等:
   基于微纳 CT 的 SLM 成形铝合金缺陷与损伤表征

   结构复杂化、 薄壁化、 快速响应的制造需求。激光选                         及表面结构等参数进行全面表征, 且未对缺陷表征
   区熔化技术采用高能激光直接熔化金属粉末, 依据                           的 CT 图像分析流程进行详细描述。
   数字模型切片, 通过逐层铺粉、 逐层扫描、 逐层固化                             笔者以 SLM 成型 AlSi10M g 合金标准拉伸试
   叠加的方式对复杂结构的金属构件直接成型, 具有                           样为研究对象, 采用微纳 CT 检测技术和图像分析
   材料利用率高、 生成周期短、 表面质量好的技术优                          方法, 对其内部微观缺陷进行三维表征, 定量获取缺
   势, 可较好地解决上述问题           [ 2 ] 。然而受成型材料、 成         陷的尺度、 形貌、 位置以及表面结构网格模型等几何
   型设备、 成型工艺、 成型环境等因素影响, SLM 成型                      特征, 同时对拉断后失效试样的损伤进行表征。该
   过 程 中 会 无 法 避 免 地 产 生 缺 陷,显 著 影 响                 研究为制造人员提供了内部缺陷统计结果, 从而帮
                                                     助其优化 SLM 成型工艺参数, 降低缺陷的水平, 并
   AlSi10M g 合金构件的内部质量和性能, 制约 SLM
   成形 AlSi10M g 构件的工程和应用发展。通过对                       为研究缺陷与力学之间的关系以及材料的失效模式
   SLM 成型 AlSi10M g 内部缺陷的表征和统计, 可优                   提供了一定参考。
   化成型工艺参数, 降低缺陷水平, 提高构件内部质
   量。扫描电镜和光学显微镜表面观测方法是传统的                            1 试验过程
   有损二维表征手段, 无法获取缺陷的三维特征, 而微                         1.1 试验对象
   纳 CT 检测方法能对材料内部进行无损的高分辨率                            试验对象为 SLM 成型 AlSi10M g 合金拉伸试
   三维成像, 已被广泛应用于金属增材制造中的缺陷                           样, 成型工艺参数如下: 激光功率为400 W ; 激光扫



   表征  [ 3-6 ] 。但上述研究是针对缺陷的1个或 2 个几                  描速度为1150mm · s ; 层厚为 40 μ m 。拉伸前

                                                                           -1
   何特征进行表征, 并未对缺陷的尺度、 形貌、 位置以                        后试样及其工程图纸如图1所示。






















                                      图1 拉伸前后试样及其工程图纸
   1.2 CT检测                                                         表2 CT扫描参数

     采用 PhoenixV|tomex|M 型微纳 CT 系统的                           电压 /   电流 / 滤波片厚度 / 体素尺寸 /

                                                      试样状态                                投影数量 / 张
   纳米管分别对拉伸试样的标距段及拉断试样的断口                                      kV    μ A    mm      μ m
                                                      拉伸试样     100   300  0.2 ( Cu )  10    1600

   段进行高分辨率三维成像检测, 纳米管设备主要参
                                                      拉断试样     100   200  0.2 ( Cu )  5     1600
   数如表1所示, CT 扫描参数如表 2 所示, 试样 CT
                                                     1.3 图像分析流程
   透照布置如图2所示。
             表1 微纳 CT设备主要参数                            对重构后拉伸试样内部缺陷的 CT 体积数据进
                                                     行分析, 其流程如图3所示, 主要包括图像预处理、
                 项目                    参数
                                                     缺陷分割、 缺陷几何量化及建模3个过程。在图像
             最大管电压 / kV                180
                                                     预处理过程中, 首先使用试样数据的轴向作为当前
             最大靶功率 / W                 15
         探测器面积( 长×宽)/ mm             400×400         坐标系的z 方向, 先将其摆正, 然后裁剪数据的标
           探测器单元尺寸 / m                 100
                       μ
                                                     距段进行 后 续 处 理 和 分 析, 最 后 使 用 Non-Local
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          2024年 第46卷 第4期
          无损检测
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