激光快速成型TC4超声衰减系数测量.pdf

1、XX 大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）题题目目：激光快速成型激光快速成型 TC4 超声衰减系数测量超声衰减系数测量学学院：院：测试与光电工程学院测试与光电工程学院专业名称：专业名称：测控技术与仪器测控技术与仪器班级学号：班级学号：学生姓名：学生姓名：指导教师：指导教师：二二 Oxx 年年 六六月月激光快速成型激光快速成型 TC4 超声衰减系数测量超声衰减系数测量摘要：摘要：为了改进激光快速成型 TC4 的超声检测工艺，必需要了解激光快速成型 TC4的衰减系数，常规的超声检测方法自动化程度不高，测量衰减系数选取的点不够多，检测缺陷的灵敏度也不够，很难准确地测量出激光快速成型 TC4 的衰减系

2、数。本文以激光快速成型 TC4 为研究对象，利用超声射入工件的表面波、第一次底波和第二次底波等这些可测参量，对激光快速成型 TC4 进行超声无损评价。本文利用水浸式超声扫查系统对激光快速成型 TC4 试件进行超声数据采集，采用不同频率的探头进行扫查，测得激光快速成型 TC4 的声速，一次底波和二次底波，对底波进行分析，利用基于 Python 进行编译的软件对数据进行处理，比较不同频率的探头对实验数值的影响，根据处理过的数据，得到衰减图，得到激光快速成型 TC4的超声衰减系数，分析实验数据得到最终处理结果。关键词:激光快速成型 TC4衰减系数水浸式超声扫查系统底波The Ultrasonic A

3、ttenuation Coefficient Measurement of LaserRapid Prototyping TC4Abstract:In order to improve the ultrasonic testing technology of laser rapid formingof TC4 requires an understanding of the attenuation coefficient of laser rapid forming ofTC4,conventional ultrasonic testing method of degree of automa

4、tion is not high,notenough measurements fall into the coefficient selection point,defect detection sensitivity isnot enough,difficult to accurately measurement by laser rapid forming of TC4 attenuationcoefficient.In this paper,a laser rapid forming of TC4 as the research object,usingultrasonic scori

5、ng of the work piece surface waves,the first bottom wave and the secondbottom wave these measured parameters,the laser rapid forming of TC4 ultrasonicnondestructive evaluation.The water immersion ultrasonic scanning system of laser rapid forming of TC4specimens of ultrasonic data acquisition,using d

6、ifferent frequency probe was used to scan,measured by laser rapid forming of TC4 velocity,a bottom wave and second wave base,onthe bottom wave is analyzed,The use of software compiled based on Python for dataprocessing,the effects of different frequencies of the probe for the numerical experiments,a

7、ccording to data processing,obtained the attenuation map.Get laser rapid forming of TC4ultrasonic attenuation coefficient and analysis of experimental information to get the finalresult.Keyword：Laser rapid prototyping TC4Attenuation coefficientUltrasonicscanning system for ultrasonic scanningBottom

8、wave目录目录1 绪论1.1 激光快速成型技术的原理及特点.11.2 研究现状.21.3 未来发展趋势.31.4 课题研究目标.32 材料超声检测概述52.1 超声波的基本特性.52.2 超声波在固体中的传播速度.52.3 超声波的衰减特性.52.3.1 扩散衰减.52.3.2 吸收衰减.62.3.3 散射衰减.62.4 水浸超声 C 扫描系统原理及结构.62.4.1 超声 C 扫描原理.62.4.2 超声 C 扫描结构.72.5 超声检测仪器.83激光快速成型 TC4超声检测113.1 材料及试件.113.2 实验参数选择及实验步骤.113.3 实验内容及方法.113.4 声速测量.123

9、.5 超声衰减的测量.124数据处理及结果分析.134.1 数据处理.134.2 结果分析.234.3 探头频率对声速及衰减系数的影响.244.4 衰减系数测量误差的影响因素.254.4.1 工件的影响.254.4.2 人为因素的影响.265 总结与展望275.1 总结.275.2 展望.27参考文献.29致谢.301激光快速成型激光快速成型 TC4TC4 超声衰减系数测量超声衰减系数测量1绪论绪论1.1 激光快速成型技术的原理及特点激光快速成型技术的原理及特点80 年代后期发展起来的快速成型技术是基于分层技术、堆积成型,直接根据 CAD模型快速生产样件或零件的先进制造成组技术总称。快速成型技

10、术不同于传统的去除成型、拼合成型及受迫成型等加工方法,它是利用材料累加法直接制造塑料、陶瓷、金属及各种复合材料零件1。以激光作为加工手段的激光快速成型是快速成型技术的重要组成部分，它是CAD、数控技术、激光和材料科学等现代科技成果的集成。激光快速成型原理是用CAD 制成的三维实体模型,通过分层软件分层,每个薄层断面的二维数据用于驱动控制激光光束，喷射液体，粉末或薄片材料，加工出所要求形状的薄层，逐层累积形成实体模型。激光快速成型技术的俗称是 3D 打印技术，激光快速成形制造工艺（LaserRapid Prototyping 或 Laser RapidManufacturing），简称 LRP

11、或者 LRM。快速制造出的模型或样件可直接用于新产品设计验证、功能验证、工程分析及企业决策等,极大地缩短新产品研发到制成成品的周期，降低产品的研发成本，有效的提高企业竞争力。以此为基础进一步发展的快速精铸技术，快速金属粉末烧结技术，快速模具工装制造技术等，可实现零件的快速成型。激光快速成型技术有很多种工艺方法，其中相对成熟的有立体光固化（SLA)、选择性激光烧结(SLS)、分层实体制造(LOM)、激光熔覆成形(LCF)、激光近形制造(LENS)2。这些技术应用相对较多，为目前主流的激光快速成型工艺。激光快速成型技术流程图如下图 1.1。2图 1.1 激光快速成型技术流程图激光快速成型技术主要特

12、点:1)制造速度快、成本低,节省时间和节约成本,为传统制造方法注入新的活力,而且可实现自由制造,产品制造过程以及产品造价几乎与产品的批量和复杂性无关3。2)加工的方式不同于传统的接触式加工,不存在传统加工的残余应力等问题,没有加工设备磨损和更换之类的问题,不会因为切割而产生的噪音和振动等污染,不会对环境造成破坏。3)可实现快速制造、快速模具制造,特别适用于新品研发和单件零件生产，特别适用于实验室使用。1.2 研究现状研究现状美国 3DSystems 公司 1988 年生产出世界上第一台 SLA250 型光固化快速造型机,开创了激光快速成型技术迅速发展和推广应用的新纪元。美国在设备研制、生产销售

13、方面占全球主导地位,其发展水平及趋势基本代表了世界的发展水平及趋势。欧洲和日本也不甘落后,纷纷加大投入进行相关技术研究和设备研发。香港和台湾比内地起步早,台湾大学拥有 LOM 设备,台湾各单位及军方安装多台进口 SL 系列设备。香港生产力促进局和香港科技大学、香港理工大学、香港城市大学等都拥有 RP 设备,其重点是有关技术的应用与推广4。国内自 20 世纪 90 年代初开始进行研究，现有西安交通大学、华中科技大学、清3华大学、北京隆源公司多所研究单位自主开发了成型设备并实现产业化。其中，西安交大生产的紫外光 CPS 系列光固化成型系统快速成型机等新技术，引起了国内外的高度重视；华中科技大学研究

14、 LOM、SLS 工艺，推出了系列成型机和成型材料；清华大学主要研究 RP 方面的现代成型学理论，并开展了基于 SL 工艺的金属模具的研究；北京隆源公司主要研究 SLS 系列成型设备和配套材料并承接相关制造工程项目5。1.3 未来发展趋势未来发展趋势激光快速成型技术正在发生巨大的变化,主要体现在新技术、新工艺及信息网络化等方面,其未来发展方向包括:1)研究新的成型工艺方法,在现有的基础上,拓宽激光快速成型技术的应用,开展新的成型工艺的探索。2)开发新设备和开发新材料。LRP 设备研制向两个方向发展:自动化的桌面小型系统,主要用于原型制造；工业化大型系统,用于制造高精度、高性能零件。成型材料的研

15、发及应用是目前 LRP 技术的研究重点之一。发展全新材料，特别是复合材料，如纳米材料、非均质材料、功能材料是当前的研究热点。激光快速成型技术是多学科交叉融合一体化的技术系统，正在不断研究开发和推广应用中，与生物科学交叉的生物制造、与信息科学交叉的远程制造、与纳米科学交叉的微机电系统等为它集成制造提供了广阔的发展空间6。随着科技和现代制造业的发展，它对制造业的作用日益重要，并且朝着更加集成的方向发展，将在未来占据举足轻重的地位。1.4 课题研究目标课题研究目标TC4 作为一种最常用的的钛合金，因为其具有较低的密度和较高的比强度，因而被广泛的应用于航空航天工业当中。高推重比航空发动机中钛合金用量达

16、25%40%，大型整体钛合金关键结构件用量的高低，已成为衡量现代飞机和航空发动机等国防装备先进性的重要标志之一7-8。现在使用较多的制备方法是锻造，而锻造制成的 TC4 容易造成金相组织不均匀，而激光快速成型技术作为一种新兴的技术，很多人已经开始使用激光快速成型的方法来制备 TC4，而作为新的制备 TC4 的方法，检测工艺必须通过实验的方法研究，传统的普通超声检测方法存在较多弊端，采用水浸超声 C 扫描的方法能够更好的采集数据，并且自动化程度高，这里通过测量激光快速成型TC4的衰减系数来研究激光快速成型TC4的超声检测方法和超声检测工艺。本课题是为了研究激光快速成型 TC4 的超声检测工艺，超声衰减系数是超声评4价的一个重要指标，测量激光快速成型 TC4 的超声衰减系数，有利于对激光快速成型 TC4 的超声检测起指导作用。52材料超声检测概述材料超声检测概述2.1 超声波的基本特性超声波的基本特性超声波检测主要是利用超声波传播具有声场指向性以及超声波在工件中的传播特性，如声波在材料中传播会有能量的损失，也就是声衰减，遇到声阻抗不同两种介质分界面会发生反射、透射等9-10。其基本工作原理