1 聲學(xué)參量檢測  

選取激光選區(qū)熔化成型技術(shù)制造的GH3536合金為研究對象，測定沿聲束入射面的聲學(xué)參量，采用10MHz頻率的直接接觸探頭，利用超聲檢測系統(tǒng)分別采集A掃全波數(shù)據(jù)，在聲束入射面分別測量15個數(shù)據(jù)點(diǎn)。利用數(shù)據(jù)分析軟件分別讀取一次底波與二次底波的幅值及時間差，并計算聲速與衰減系數(shù)，如圖1所示，可見聲速大差值小于212m/s，衰減系數(shù)大差值為0.10dB/mm，主頻偏移值經(jīng)過快速傅里葉變換(FFT)，大偏差為19.37%。

圖1 聲學(xué)參量檢測結(jié)果

GH3536合金聲束入射面的金相檢驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，可見入射面晶粒形貌較為均勻，聲波散射、偏折程度較小。

圖2 GH3536合金聲束入射面的金相檢驗(yàn)結(jié)果

  2 相控陣超聲檢測  

相控陣超聲檢測是通過控制陣列換能器中各個陣元激勵(或接收)脈沖的時間延遲，實(shí)現(xiàn)聲束能量和方向的改變。再經(jīng)過對聲束的信號合成，最終形成相控陣超聲檢測圖像。

圖3 相控陣超聲檢測原理示意

相控陣超聲檢測的優(yōu)勢在于合成波束的可控性，即波束的偏轉(zhuǎn)、聚焦和偏轉(zhuǎn)+聚焦，上述3個過程的本質(zhì)相同，只是延時方式存在差異。

利用相控陣超聲檢測設(shè)備采集數(shù)據(jù)，儀器選用奧林巴斯Omniscan SX設(shè)備，配備10L-16-A10探頭、ENC1-2.5-LM手動編碼器和SA10平楔塊。

圖4 相控陣超聲檢測系統(tǒng)外觀

為了更好地開展試驗(yàn)，通過增材制造技術(shù)中激光選區(qū)熔化成型方法制作了對比試塊，如圖5所示，試塊中包含不同埋深的人工橫通孔，孔直徑為1.0mm，深度分別為3，5，7，9，11mm。

圖5 對比試塊結(jié)構(gòu)示意

使用上述相控陣超聲檢測系統(tǒng)檢測對比試塊，分別設(shè)置不同的聚焦法則，偏轉(zhuǎn)角度設(shè)置為-10°~10°，激發(fā)陣元數(shù)目分別為6，10，16，聚焦深度分別為3，5，10mm，然后對對比試塊中的人工缺陷進(jìn)行掃查，圖6~8為部分聚焦法則條件下的相控陣超聲檢測多視圖掃查圖像。

圖6 激發(fā)6陣元，聚焦深度5mm時的對比試塊檢測圖像

圖7 激發(fā)10陣元，聚焦5mm時的對比試塊檢測圖像

圖8 激發(fā)16陣元，聚焦5mm時的對比試塊檢測圖像

由圖6~8可知，聚焦法則和聲場分布的不同造成了對不同深度缺陷的檢出存在一定差異。在激發(fā)6陣元，聚焦深度不同的情況下，定位誤差大為0.64mm；在激發(fā)10陣元，聚焦深度不同的情況下，定位誤差大為0.45mm；在激發(fā)16陣元，聚焦深度不同的情況下，定位誤差大為0.57mm。

根據(jù)典型結(jié)構(gòu)產(chǎn)品尺寸特征，利用上述試驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)置聚焦法則激發(fā)陣元為10陣元、聚焦深度為5mm進(jìn)行實(shí)際檢測，檢測結(jié)果如圖9所示。

圖9 典型產(chǎn)品的相控陣超聲檢測圖像

對產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行定位，得到以下結(jié)果：1#缺陷深度為7.6mm，當(dāng)量尺寸為Φ1.48mm；2#缺陷深度為9.6mm，當(dāng)量尺寸為Φ1.25mm。

GH3536合金是鎳基固溶強(qiáng)化高溫合金，其組織構(gòu)成與激光選區(qū)熔化成型工藝參數(shù)密切相關(guān)。在對產(chǎn)品開展相控陣超聲檢測時，聚焦法則的設(shè)置直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的檢測結(jié)果，當(dāng)陣元數(shù)目較少時，由于聚焦聲束擴(kuò)散角及能量的限制，聲束在傳播過程中會發(fā)生較大的衰減與畸變，這就使得缺陷檢出效果較差。激發(fā)6陣元，在不同深度聚焦條件下，能夠發(fā)現(xiàn)深度分別為3，5，7mm的缺陷；激發(fā)10陣元，不同深度聚焦條件下，能夠發(fā)現(xiàn)深度分別為3，5，7，9，11mm的缺陷；激發(fā)16陣元，不同深度聚焦條件下，對于近表面深度為3mm缺陷的分辨效果較差，對于其他深度缺陷則能夠有效區(qū)分，由檢測結(jié)果可知，不同深度缺陷定位誤差在10%以內(nèi)。由圖9可見，同時激發(fā)不同角度的聲束，有效檢出了不同深度的缺陷，這是相控陣超聲檢測的另一個獨(dú)特優(yōu)勢所在。