供稿人:吳垠 李滌塵 崔濱 發(fā)布日期：2017-05-11
激光熔覆技術(shù)因無污染且制備出的涂層與基材呈冶金組合等優(yōu)點(diǎn)已成為當(dāng)代材料表面改性的研究熱點(diǎn)，已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空航天等多種工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛使用。航空航天領(lǐng)域可以利用激光熔覆技術(shù)修復(fù)飛機(jī)零件裂紋。一些非穿透性裂紋產(chǎn)生厚壁零件中，裂紋深度無法測量，其他修復(fù)技術(shù)無法發(fā)揮作用，通過激光熔覆技術(shù)，根據(jù)裂紋情況，多次打磨、探傷將裂紋逐步清除。但激光金屬熔覆過程是一個(gè)多物理場耦合的過程，成形過程中溫度變化劇烈，成形過程中會出現(xiàn)新的裂紋、氣泡、層間孔隙、球化等微小材質(zhì)缺陷，這些缺陷伴隨著交變載荷長期作用會逐漸擴(kuò)展，有可能引發(fā)疲勞斷裂。特別是航空航天領(lǐng)域，一旦發(fā)生金屬零件疲勞斷裂事故，將產(chǎn)生災(zāi)難性后果。
2017年4月《 The International Journal of Advanced Manufacturing Technology》雜志刊登了美國Missouri University機(jī)械與航空工程系Haythem Gaja和Frank Liou的《通過聲發(fā)射傳感器監(jiān)控金屬熔覆過程中缺陷》文章，提出了一種通過聲發(fā)射傳感器和數(shù)據(jù)分析法可以無監(jiān)督的模式識別各種不同類型缺陷。圖1為該方法裝置圖。在基板底面安裝聲發(fā)射傳感器，裂紋或者氣泡等缺陷處會產(chǎn)生聲頻發(fā)射信號，這種彈性波通過基板傳到聲發(fā)射傳感器。
圖1 聲傳感器無監(jiān)督檢測裝置設(shè)備圖
隨著LMD一層層進(jìn)行，不同的缺陷相應(yīng)會產(chǎn)生不同類型信號波動曲線。聲發(fā)射傳感器記錄了一層層不同信號數(shù)據(jù)，圖2為EVENTS集合信號收集，這些波動異常信號（箭頭所示）標(biāo)記為EVENTS集合。
圖2 EVENTS集合信號數(shù)據(jù)收集
通過對EVENTS信號數(shù)據(jù)每一層中的上升時(shí)間、振幅，持續(xù)時(shí)間、峰值、個(gè)數(shù)、能量、頻率等7個(gè)特征進(jìn)行數(shù)據(jù)歸納分析。通過主分析法和K-means聚類分析法，利用信號曲線圖中的曲線變化特征，可以預(yù)測到不同的缺陷，如氣泡缺陷信號曲線圖（圖3）和裂紋缺陷信號曲線圖（圖4）。當(dāng)缺陷類型被確定，就可以針對不同缺陷進(jìn)行在線靶向修復(fù)。
圖3 氣泡的信號曲線圖
圖4 裂紋的信號曲線圖
圖5 檢測原理流程圖