[发明专利]一种增材制造合金材料的力学性能无损检测系统及方法

权利要求书

1.一种增材制造合金材料的力学性能无损检测系统，其特征在于，包括：

激光超声激发装置，通过光纤脉冲激励激光器激发出脉冲激光，将激光平均分成若干束，并对每路激光束进行放大后，将同源激光相干合束，最后通过聚焦镜聚焦到待测热处理工件上，所述待测热处理工件为激光增材制造试件在不同热处理制度下进行热处理后的试件；

激发控制装置，通过计算机控制光纤脉冲激光的激发，启停功率的调节以及光纤相控阵激发相位的调节；

环境补偿装置，对现场空气温度、湿度、大气压力和材料温度进行实时高精度检测与控制；

激光超声接收装置，与待测热处理工件连接，实现待测热处理工件上超声信号的实时采集；

扫查装置，对激光超声激发装置的激光照射位置进行定位。

2.根据权利要求1所述的增材制造合金材料的力学性能无损检测系统，其特征在于，所述激光超声激发装置包括高频光纤脉冲激光器、耦合器、光纤放大器和合束器。

3.根据权利要求2所述的增材制造合金材料的力学性能无损检测系统，其特征在于，所述高频光纤脉冲激光器输出激光波长为1064nm，最大脉冲能量为200mj，脉冲宽度为15ns，最大重复频率为30Hz，光束发散角1°的脉冲激光。

4.根据权利要求2所述的增材制造合金材料的力学性能无损检测系统，其特征在于，所述耦合器采用FC光纤适配器。

5.根据权利要求1所述的增材制造合金材料的力学性能无损检测系统，其特征在于，所述扫查装置包括二维扫描动镜、与二维扫描动镜连接的步进电机、与步进电机连接的步进电机控制器以及两轴扫描振镜，步进电机与高频光纤脉冲激光器连接，所述扫查装置通过步进电机控制器控制二维扫描动镜的运动及高频光纤脉冲激光器脉冲的发射，两轴扫描振镜连接高频光纤脉冲激光器。

6.根据权利要求5所述的增材制造合金材料的力学性能无损检测系统，其特征在于，所述二维扫描动镜包括X、Y两个扫描振镜，各扫描振镜设有摆动电机及固定在该电机转轴上的全反射镜片。

7.根据权利要求1所述的增材制造合金材料的力学性能无损检测系统，其特征在于，所述环境补偿装置包括空气温度传感器、材料温度传感器、电脑终端、气体密封罐、热源以及内置有湿度传感器和气压传感器的环境补偿机，各传感器的控制器连接所述环境补偿主机，所述环境补偿主机连接所述电脑终端，所述电脑终端与气体密封罐和热源分别连接。

8.一种应用如权利要求1～7任一项所述的增材制造合金材料的力学性能无损检测系统的检测方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)将激光增材制造试件在不同热处理制度下进行热处理，获取不同微观组织；

2)将热处理后的试件置于三维移动平台上，采用光纤相控阵超声检测方法对不同热处理试件进行检测，利用超声方法测算出超声波的横波速度、纵波速度和群速度后，通过FFT变换得到的二次谐波信号计算出合金材料的衰减系数和非线性系数；

3)将热处理的试件通过机械测试方法，计算合金材料的弹性模量、泊松比、屈服强度和延伸率，基于超声检测与机械测试二者的比较，建立超声检测参数特征值与材料宏观力学性能指标之间的线性或者非线性映射关系；

4)采用PSO算法对步骤3)得到的映射关系进行曲线拟合，建立数学模型，在达到误差要求的前提条件下，完成采用光纤相控阵超声检测评价激光增材制造合金钢件力学性能的标定实验；

5)建立数学模型及数据库，并通过建立的数学模型定量预测相同试件的宏观力学性能指标的大小，同时采用微观组织成分、比例和晶粒的大小因素变化获取宏观力学指标大小的差异。