激光熔化沉积表面及亚表面缺陷电涡流检测研究

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激光熔化沉积零件制造及使用过程中容易产生缺陷,电涡流无损检测针对表面及亚表面缺陷识别灵敏度高,易于实现自动化检测,是确保激光熔化沉积零件质量可靠的有效检测方法。针对激光熔化沉积零件缺陷电涡流信号解释及定量困难的问题,本文使用电涡流检测对激光熔化沉积钛合金制件人工缺陷进行检测,通过有限元模型仿真计算、人工预制缺陷试块检测研究缺陷特征值对涡流信号影响的理论依据,并基于场量幅值定量法研究激光熔化沉积制样缺陷的定量评估。本文主要研究内容如下:(1)基于ANSYS Maxwell有限元仿真软件建立探头-无缺陷试块仿真模型,进行场量计算,对试块内部的电场、涡流场分布进行有限元计算,通过计算结果分析无缺陷试块内磁感应强度与涡流密度变化规律。研究不同激励频率、不同提离量对试块内不同深度的电磁场分布变化的影响。(2)搭建自动化涡流检测实验设备,通过机器人夹持检测探头提高检测效率、保持提离量不变。制备含亚表面缺陷的Ti-6Al-4V试样,研究分析不同检测参数所引起的信号变化。验证了探头-无缺陷试块仿真模型正确性,制备不同深度、宽度、长度的人工缺陷试样,进行电涡流检测并总结电涡流信号增益变化规律。(3)建立探头-有缺陷试块仿真模型,通过对比有无缺陷时试块内涡流密度分布变化,解释缺陷对涡流信号引起变化的原因。计算检测探头在试块上方移动过程中,不同尺寸缺陷特征值引起的磁感应强度变化规律。对比仿真计算结果磁感应强度幅值变化趋势与电涡流检测人工预制缺陷的垂直增益变化趋势相同,证明了有限元仿真结果正确性,分析缺陷特征值对磁感应强度幅值的影响从而为涡流信号变化幅度提供理论依据。(4)提出缺陷定量的方法,基于有限元仿真结果,利用拟合计算磁感应强度变化量与微裂纹缺陷体积关系公式,计算结果符合拟合误差允许范围,实现对深度小于1 mm情况下体积区间在0.875 mm~3-7.875 mm~3的微小裂纹缺陷定量评估。
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