[發(fā)明專利]一種激光增材制造合金鋼構(gòu)件的應(yīng)力快速檢測方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011512323.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN112729634A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段成紅;張銀洲;陳輝;陳勇;羅翔鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/25
• 分類號(hào): G01L1/25
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種激光增材制造合金鋼構(gòu)件的應(yīng)力快速檢測方法，激光增材制造合金鋼構(gòu)件由于制造方式會(huì)有殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的測量非常有必要，X射線衍射殘余應(yīng)力的分析發(fā)展已久，主要有sin²ψ法和cosα法，激光增材制造合金鋼構(gòu)件表面的殘余應(yīng)力主要集中在沿掃描速度和垂直于掃描速度，成形高度上的殘余應(yīng)力較小，X射線衍射cosα法可以較好地測試平面應(yīng)力狀態(tài)的殘余應(yīng)力，cosα法相較于sin²ψ法檢測速度快，在激光增材制造領(lǐng)域會(huì)有較大的應(yīng)用，本發(fā)明基于cosα法可以實(shí)現(xiàn)增材制造件快速的應(yīng)力檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及殘余應(yīng)力測量技術(shù)，具體為一種激光增材制造合金鋼構(gòu)件的應(yīng)力快速檢測方法。

背景技術(shù)

激光增材制造作為制造領(lǐng)域革命性的前沿技術(shù)，正在全球范圍內(nèi)受到極大關(guān)注并快速發(fā)展。作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，激光增材制造技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料成型加工等技術(shù)，運(yùn)用燒結(jié)、熔融等方式制造出實(shí)體金屬制品。區(qū)別于傳統(tǒng)的減材(切削等)制造方式，激光增材制造是通過金屬材料的逐層累加成形的制造方法，因此可以減少產(chǎn)品的研制周期，提高效率并降低成本。

但在激光增材制造過程中，制造的零件會(huì)有較大的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力會(huì)極大地影響材料的性能，通常會(huì)在制造完畢后采用熱處理等方式降低殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的測量就十分有必要。在殘余應(yīng)力測量技術(shù)中，目前通常采用X射線衍射法中的sin²ψ法，該方法一般需要取9個(gè)以上的ψ角的衍射峰位值擬合橢圓來計(jì)算應(yīng)力值，所需的步驟較為復(fù)雜且時(shí)間較長，X射線衍射法中的cosα法可以利用德拜環(huán)一次測量即可計(jì)算出應(yīng)力值，但德拜環(huán)獲取的質(zhì)量會(huì)影響應(yīng)力值的準(zhǔn)確性。

目前，快速檢測激光增材制造件的殘余應(yīng)力對(duì)增材制造件的工程運(yùn)用具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前激光增材件由于自身問題無法在工程實(shí)際中全部應(yīng)用，本發(fā)明的目的是提供一種激光增材制造合金鋼構(gòu)件的應(yīng)力快速檢測方法，在保證精度的情況下快速檢測增材制造件的應(yīng)力，加快增材制造件的研究周期。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種激光增材制造合金鋼構(gòu)件的應(yīng)力快速檢測方法，激光增材制造合金鋼構(gòu)件由于制造方式會(huì)有殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的測量非常有必要，X射線衍射殘余應(yīng)力的分析發(fā)展已久，主要有sin²ψ法和cosα法，激光增材制造合金鋼構(gòu)件表面的殘余應(yīng)力主要集中在沿掃描速度和垂直于掃描速度，成形高度上的殘余應(yīng)力較小，X射線衍射cosα法可以較好地測試平面應(yīng)力狀態(tài)的殘余應(yīng)力，cosα法相較于sin²ψ法檢測速度快，在激光增材制造領(lǐng)域會(huì)有較大的應(yīng)用，本發(fā)明基于cosα法可以實(shí)現(xiàn)增材制造件快速的應(yīng)力檢測。

該方法基于X射線衍射法中的cosα法能夠在保證精度的情況下快速檢測增材制造的應(yīng)力。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種激光增材制造合金鋼構(gòu)件的應(yīng)力快速檢測方法，實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括X射線管、角度計(jì)、平板探測器、位移傳感器、工作臺(tái)、微機(jī)和穩(wěn)壓電源；其中，X射線管、角度儀、平板探測器和位移傳感器集合在測量頭中，X射線管、平板探測器和位移傳感器位于測量頭內(nèi)部，角度計(jì)位于位移傳感器的上部；X射線管發(fā)射出X射線穿過平板探測器中心孔照射到增材制造試樣上，平板探測器能夠探測到X射線衍射峰，利用角度計(jì)和位移傳感器調(diào)整測量頭的位置，同時(shí)觀察微機(jī)上衍射峰的質(zhì)量，利用微機(jī)進(jìn)行計(jì)算出應(yīng)力；該方法的具體步驟如下：

步驟(1)首先確定制造增材制造件試樣的激光掃描方向X、垂直于激光掃描方向Y和成形方向Z；

步驟(1)將增材制造試樣置于工作臺(tái)上，其中增材制造試樣的XOY面平行于工作臺(tái)面放置，對(duì)增材制造試樣的表面進(jìn)行打磨處理；

步驟(3)將測量頭與增材制造試樣的XOY平面成一定角度放置，通過角度計(jì)和位移傳感器調(diào)整增材制造試樣與測量頭的相對(duì)位置，利用平板探測器探測衍射峰，觀測衍射峰的質(zhì)量，確定較優(yōu)的位置；通過軟件處理得到的德拜環(huán)，利用X射線衍射法中的cosα法通過德拜環(huán)計(jì)算應(yīng)力。