CN220525733U - 一种粉末床熔融制件涡流检测的对比试块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种粉末床熔融制件涡流检测的对比试块。该对比试块包括：试块基体单元、第一缺陷单元和第二缺陷单元；第一缺陷单元和第二缺陷单元之间以一定的间距设置在所述试块基体单元的内部；第一缺陷单元包括至少一个平底孔子单元；第二缺陷单元包括至少一个球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元；试块基体单元为矩形体。本实用新型的对比试块具有结构简单，使用方便，能够有效模拟粉末床熔融制件近表面的孔隙和局部未熔合缺陷，验证涡流检测法对粉末床熔融制件特定尺寸和埋深近表面平底孔、球状缺陷和层状缺陷的缺陷检出能力。
Description
技术领域
本实用新型属于无损检测技术领域，尤其针对飞机结构材料无损检测的一种粉末床熔融制件涡流检测的对比试块。
背景技术
金属增材制造技术为飞机结构减重、降本、增效提供了新途径，在结构创新设计、快速设计验证、小批量零部件快速制造和快速航材支援等方面具有显著优势。然而，金属增材制造零件成形过程中由于各种不连续和不稳定因素形成的气孔、未熔合、裂纹和夹杂物等冶金缺陷影响增材制造产品质量和性能并制约其工程化应用。通过无损检测方法对金属增材制造零件的质量特性进行观察、测量和试验，评估被检测零件是否符合规定的质量验收准则，是进行增材制造产品质量控制、工艺提升和安全保障的有效手段。
采用粉末床熔融工艺成形的金属制件内部往往存在随机分布的微小孔隙和局部未熔合，孔隙缺陷一般呈规则球状或类球状，未熔合缺陷一般具有“近似二维”几何特征呈层状分布在熔覆层或熔覆道之间且在构建方向上不具有显著高度。粉末床熔融制件的冶金缺陷可能在零件使用过程中充当材料失效的起始点、疲劳源或应力集中，被认为是影响金属增材制件力学性能及其疲劳分散性的主要因素之一。现有研究表明，影响粉末床熔融制件疲劳裂纹萌生及扩展的主要变量是缺陷尺寸及其至材料表面的距离，即靠近材料表面的较大尺寸的近表面缺陷是导致结构材料疲劳失效的关键因素。
然而，现有的常规渗透检测、射线检测和超声检测技术在粉末床熔融制件近表面缺陷检测方面局限性较大。虽然工业CT检测技术能够有效识别制件内部缺陷的位置、尺寸和形态，但是CT技术检测成本高且效率低，同时对较大尺寸零件的检测分辨率较低。现有的涡流检测技术及检测设备，经济便携、操作简单，在金属制件近表面缺陷检测方面优势显著。但是，现有的含人工通孔、刻槽、平底孔或圆底孔的涡流检测对比试块，较难适用于粉末床熔融制件近表面孔隙和局部未熔合的缺陷检测评定，这是因为粉末床熔融制件的孔隙和未熔合缺陷内部往往存在部分未熔化的金属粉末颗粒。在金属增材制造零件无损检测和质量评价工程应用中，亟需结合特定缺陷特点和涡流检测原理开发一种适用于粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，用于校验粉末床熔融制件近表面缺陷的涡流检测灵敏度，同时有助于验证涡流检测法对粉末床熔融制件的近表面缺陷检出能力，提高粉末床熔融制件涡流检测结果的可靠性并辅助用于缺陷评定。
实用新型内容
本实用新型公开了一种粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
为了解决上述问题，本实用新型的技术方案是：一种粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，所述对比试块包括：试块基体单元、第一缺陷单元和第二缺陷单元；所述第一缺陷单元和第二缺陷单元之间以一定的间距设置在所述试块基体单元的内部；
其中，所述第一缺陷单元包括至少一个平底孔子单元；
所述第二缺陷单元包括至少一个球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元；
所述试块基体单元为矩形体。
进一步，所述平底孔子单元为圆柱状空心结构，且以竖直方式设置，一端位于所述试块基体单元的下表面，且端部对外设有开口，另一端为密封端，位于所述试块基体单元内部，且与所述试块基体单元的上表面间隔一定距离。
进一步，所述球状缺陷子单元为内含未熔化金属粉末颗粒的成形态球状结构；
层状缺陷子单元为内含未熔化金属粉末颗粒的成形态圆饼状结构。
进一步，所述平底孔子单元、球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元的之间的距离相等；
且平底孔子单元、球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元的中心点至所述试块基体单元上表面的距离相等。
进一步，不同直径的所述平底孔子单元以行等距设置；
不同直径的所述球状缺陷子单元以行等距排列和/或不同直径的所述层状缺陷子单元以行等距设置；
且相同直径平底孔子单元、球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元以列等距设置。
进一步，不同直径的平底孔子单元、球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元的数量相等。
进一步，不同直径的所述平底孔子单元的高度相同；
不同直径的所述层状缺陷子单元的层厚相同。
进一步，所述试块基体单元内部设置的第一缺陷单元和第二缺陷单元的中心点到所述试块基体单元左右两端的距离相等。
进一步，所述试块基体单元的材质为钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金或不锈钢。
进一步，所述内含未熔化金属粉末颗粒为钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金或不锈钢。
本实用新型的有益效果是：由于采用上述技术方案，本实用新型的对比试块能够有效模拟粉末床熔融制件近表面的孔隙和局部未熔合缺陷，可用于涡流检测法对粉末床熔融制件的近表面缺陷检测的对比试验，可用于校验粉末床熔融制件近表面缺陷的涡流检测灵敏度，验证涡流检测法对粉末床熔融制件特定尺寸和埋深近表面平底孔、球状缺陷和层状缺陷的缺陷检出能力。
采用本实用新型的涡流检测对比试块，通过对比相同尺寸与埋深的平底孔单元、球状缺陷单元和层状缺陷单元的涡流检测信号，可用于分析粉末床熔融制件近表面的孔隙和未熔合缺陷的内部未熔化金属粉末颗粒对检测灵敏度和缺陷识别的影响，有助于提高粉末床熔融制件涡流检测结果的可靠性并辅助用于缺陷评定。
附图说明
图1为本实用新型的一个实施例对比试块结构组成示意图。
图2为本实用新型的一个实施例对比试块俯视示意图。
图3为本实用新型的一个实施例对比试块剖视示意图。
图中：1、试块基体单元；2、平底孔子单元；201、第一平底孔；202、第二平底孔；203、第三平底孔；3、球状缺陷子单元；301、第一球状缺陷；302、第二球状缺陷；303、第三球状缺陷；4、层状缺陷子单元；401、第一层状缺陷；402、第二层状缺陷；403、第三层状缺陷。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示，本实用新型一种粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，所述对比试块包括：试块基体单元1、第一缺陷单元和第二缺陷单元；所述第一缺陷单元和第二缺陷单元之间以一定的间距设置在所述试块基体单元1的内部；
其中，所述第一缺陷单元包括至少一个平底孔子单元2；
所述第二缺陷单元包括至少一个球状缺陷子单元3和/或层状缺陷子单元4；
所述试块基体单元1为矩形体。
所述平底孔子单元2为圆柱状空心结构，且以竖直方式设置，一端位于所述试块基体单元1的下表面，且端部对外设有开口，另一端为密封端，位于所述试块基体单元1内部。
所述球状缺陷子单元3为内含未熔化金属粉末颗粒的成形态球状结构；
所述层状缺陷子单元4为内含未熔化金属粉末颗粒的成形态圆饼状结构。
所述平底孔子单元2、球状缺陷子单元3和/或层状缺陷子单元4的之间的距离相等；
且平底孔子单元2、球状缺陷子单元3和/或层状缺陷子单元4的中心点至所述试块基体单元1上表面的距离相等。
不同直径的所述平底孔子单元2以行等距设置；
不同直径的所述球状缺陷子单元3以行等距排列和/或不同直径的所述层状缺陷子单元4以行等距设置；
且相同直径平底孔子单元2、球状缺陷子单元3和/或层状缺陷子单元4以列等距设置。
不同直径的平底孔子单元2、球状缺陷子单元3和/或层状缺陷子单元4的数量相等。
不同直径的所述平底孔子单元2的高度相同；
不同直径的所述层状缺陷子单元4的层厚相同。
所述试块基体单元1内部设置的第一缺陷单元和第二缺陷单元的中心点到所述试块基体单元1左右两端的距离相等。
所述试块基体单元1的材质为钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金或不锈钢。
所述内含未熔化金属粉末颗粒为钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金或不锈钢。
实施例一：
参见图1，本发明的一个实施例对比试块结构组成示意图，所述对比试块包括：试块基体单元1、第一缺陷单元和第二缺陷单元；所第二缺陷单元包括至少一个球状缺陷子单元3和/或层状缺陷子单元4；其中，所述球状缺陷子单元3包括若干不同直径的内含未熔化金属粉末颗粒的成形态球状结构(例如，直径0.4mm的第一球状缺陷301、直径0.8mm的第二球状缺陷302、直径1.2mm的第三球状缺陷303)；所述层状缺陷子单元4包括若干不同直径的内含未熔化金属粉末颗粒的成形态圆饼状结构(例如，直径0.4mm的第一层状缺陷401、直径0.8mm的第二层状缺陷402、直径1.2mm的第三层状缺陷403)；所述第一缺陷单元包括至少一个平底孔子单元2，所述平底孔子单元2为圆柱状空心结构(例如，直径0.4mm的第一平底孔201、直径0.8mm的第二平底孔202、直径1.2mm的第三平底孔203)。
具体实施时，所述平底孔子单元2以竖直方式设置，一端位于所述试块基体单元1下表面，且端部对外开口，另一端为密封端，位于所述试块基体单元1内部；所述第二缺陷单元包括至少一个球状缺陷子单元3和/或层状缺陷子单元4，且球状缺陷子单元3和/或层状缺陷子单元4均被所述试块基体单元1包覆。
具体实施时，所述平底孔子单元2、球状缺陷子单元3和/或层状缺陷子单元4的之间的距离相等(例如，第一平底孔201、第一球状缺陷301和第一层状缺陷401的之间的距离均为25mm)；且所述平底孔子单元2的顶部、球状缺陷子单元3和层状缺陷子单元4的中心点至所述试块基体单元1上表面的距离即埋深相等(例如，第二平底孔202的顶部、第二球状缺陷302和第二层状缺陷402的中心点至试块基体单元1上表面的距离即埋深均为1.0mm)。
具体实施时，若干不同直径的圆柱状空心结构(例如，第一平底孔201、第二平底孔202、第三平底孔203)、若干不同直径的内含未熔化金属粉末颗粒的成形态球状结构(例如，第一球状缺陷301、第二球状缺陷302、第三球状缺陷303)和/或若干不同直径的内含未熔化金属粉末颗粒的成形态圆饼状结构(例如，第一层状缺陷401、第二层状缺陷402、第三层状缺陷403)的一一对应设置，且数量相等。
参见图2，本发明的一个实施例对比试块俯视示意图，在一种可能的实施方案中，所述试块基体单元1的矩形平板结构长度×宽度为100mm×100mm。
具体实施时，所述试块基体单元1上设置的若干不同直径所述圆柱状空心结构的之间的间距相等(例如，第一平底孔201、第二平底孔202和第三平底孔203的之间的间距均为25mm)；若干不同直径的所述内含未熔化金属粉末颗粒的成形态球状结构的之间的间距相等(例如，第一球状缺陷301、第二球状缺陷302和第三球状缺陷303的之间的间距均为25mm)；若干不同直径的所述内含未熔化金属粉末颗粒的成形态圆饼状结构的之间的间距相等(例如，第一层状缺陷401、第二层状缺陷402和第三层状缺陷403的之间的间距均为25mm)。
参见图3，本发明的一个实施例对比试块的A-A剖视示意图，在一种可能的实施方案中，所述平底孔子单元2的顶部、球状缺陷子单元3和层状缺陷子单元4的中心点至所述试块基体单元1上表面的距离即埋深相等，例如第二平底孔202的顶部、第二球状缺陷302和第二层状缺陷402的中心点至试块基体单元1上表面的距离即埋深均为1.0mm。
在一种可能的实施方案中，所述试块基体单元1的高度为5.0mm，所述试块基体单元1上设置的若干不同直径所述圆柱状空心结构的高度相同(例如，第一平底孔201、第二平底孔202和第三平底孔203的高度均为4.0mm)；若干不同直径的所述内含未熔化金属粉末颗粒的成形态圆饼状结构的层厚相同(例如，第一层状缺陷401、第二层状缺陷402和第三层状缺陷403的层厚均为0.4mm)。
具体实施时，若干不同直径的所述内含未熔化金属粉末颗粒的成形态圆饼状结构的平面方向与所述试块基体单元1的矩形平板结构的平面方向平行。
在一种可能的实施方案中，所述试块基体单元1为矩形平板结构，所述试块基体单元1的材质与粉末床熔融制件材质一致或相近，包括但不限于粉末床熔融成形后的钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金或不锈钢等金属材质。
具体实施时，所述球状缺陷单元内部的材质为部分未熔化或完全未熔化的金属粉末颗粒，包括但不限于钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金或不锈钢等材质；所述层状缺陷单元内部的材质为部分未熔化或完全未熔化的金属粉末颗粒，包括但不限于钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金或不锈钢等材质。
以上对本申请实施例所提供的一种粉末床熔融制件涡流检测对比试块，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (10)
1.一种粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，所述粉末床熔融制件涡流检测的对比试块包括：试块基体单元、第一缺陷单元和第二缺陷单元；所述第一缺陷单元和第二缺陷单元之间以一定的间距设置在所述试块基体单元的内部；
其中，所述第一缺陷单元包括至少一个平底孔子单元；
所述第二缺陷单元包括至少一个球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元；
所述试块基体单元为矩形体。
2.根据权利要求1所述的粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，所述平底孔子单元为圆柱状空心结构，且以竖直方式设置，一端位于所述试块基体单元的下表面，且端部对外设有开口，另一端为密封端，位于所述试块基体单元内部，且与所述试块基体单元的上表面间隔一定距离。
3.根据权利要求1所述的粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，所述球状缺陷子单元为内含未熔化金属粉末颗粒的成形态球状结构；
层状缺陷子单元为内含未熔化金属粉末颗粒的成形态圆饼状结构。
4.根据权利要求1所述的粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，所述平底孔子单元、球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元的之间的距离相等；
且平底孔子单元的圆柱状空心结构的顶部、球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元的中心点至所述试块基体单元上表面的距离相等。
5.根据权利要求4所述的粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，不同直径的所述平底孔子单元以行等距设置；
不同直径的所述球状缺陷子单元以行等距排列和/或不同直径的所述层状缺陷子单元以行等距设置；
且相同直径平底孔子单元、球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元以列等距设置。
6.根据权利要求5所述的粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，不同直径的平底孔子单元、球状缺陷子单元和/或层状缺陷子单元的数量相等。
7.根据权利要求5所述的粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，不同直径的所述平底孔子单元的高度相同；
不同直径的所述层状缺陷子单元的层厚相同。
8.根据权利要求1所述的粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，所述试块基体单元内部设置的第一缺陷单元和第二缺陷单元的中心点分别到所述试块基体单元左右两端的距离相等。
9.根据权利要求1所述的粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，所述试块基体单元的材质为钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金或不锈钢。
10.根据权利要求3所述的粉末床熔融制件涡流检测的对比试块，其特征在于，所述内含未熔化金属粉末颗粒为钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金或不锈钢。
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