激光增材制造汽车零部件超声无损检测技术研究及应用
摘要：激光增材再制造，是制造零件的一种先进方法。然而，该过程中可能产生的内部应力和裂纹等缺陷，对其应用范围构成了限制。超声检测技术，利用声波在材料中的传播特性来识别内部缺陷，以其快速、高灵敏度和广泛的适用性，在汽车零部件的激光增材再制造质量检测中扮演着关键角色。本文综合分析了国内外在激光增材再制造汽车零部件超声检测技术的研究进展，并对其未来发展趋势进行了预测。
关键词：激光增材汽车零部件无损检测技术
在当今工业制造领域，增材制造技术正迅速崭露头角，成为最具创新力和发展前景的技术之一。这种技术与依赖材料削减的传统机械加工方法形成鲜明对比，以其快速成型、无需特定模具、高度的适应性以及对材料和设计限制的低依赖性等优势，在汽车、医疗、电子、国防和航空航天等多个行业中得到广泛应用。增材制造技术能够生产几乎所有的三维形状，减少对模具的依赖，缩短产品上市时间，因此被视为一种高效的轻量化制造解决方案。通过充分利用增材制造的灵活性，可以优化材料布局，既满足性能需求又减轻部件重量；同时，通过将多个组件集成，减少组件数量，降低复杂性带来的风险和成本，减少因连接问题导致的故障，实现组件的重量减轻。这些优势使增材制造技术能够帮助汽车行业更好地适应市场和技术发展的需求，推动制造业向数字化和智能化转型。例如，宝马公司利用增材制造技术生产汽车零部件，如发动机配件和悬挂系统部件，这不仅提高了生产效率，还降低了成本。此外，增材制造技术在汽车行业的应用还包括定制化汽车设计、汽车原型制造以及轻量化汽车制造，这些都展示了增材制造技术在汽车行业的广泛应用和潜在价值。增材制造技术在汽车行业的应用主要分为研发和生产两个阶段。在研发阶段，传统的手工样品制作和模具设计过程耗时且成本高昂，而一些领先的汽车制造商已经开始采用增材制造技术，以实现快速验证和优化设计；在小批量生产阶段，面对薄壁和复杂内部结构的部件，传统制造工艺往往力不从心，而增材制造技术凭借其精确的局部成型能力，展现出在复杂部件制造上的巨大潜力，其应用前景被广泛看好[1-3]。
增材制造技术以其在减少产品开发时间和制造成本上的显著优势，赢得了业界的普遍关注。然而，作为一种较新的制造技术，增材制造在理论探索和技术成熟度上与传统的切削、锻造和铸造技术相比还有一定差距，仍有一些问题尚未得到完全解决。特别是在使用激光选区熔融技术制造大型结构件时，可能会产生严重的热应力问题，这些问题可能导致构件失效。此外，由于增材制造涉及局部熔化、凝固和逐层堆积的特殊工艺，这可能导致在金属打印过程中形成粗大的柱状晶粒和打印缺陷，如气孔和裂纹。鉴于增材制造与传统制造和锻造在生产工艺上的差异，为了确保产品的成型质量，有必要对增材制造件进行专门的检测方法研究。
无损检测技术是工业生产中的关键环节，它能够在不破坏被检测产品的前提下，对产品进行各种检测和评估，以发现其中存在的缺陷和问题。无损检测技术是基于现代科学的检测手段，它能够在不破坏或不改变被检测对象的理化状态的前提下，对物体的内部和表面结构、性质和状态进行高灵敏度和高可靠性的检查和测试。这种技术的应用旨在评估产品的连续性、完整性、安全性以及其他性能指标，对于确保工业产品的质量和性能至关重要。在众多的无损检测技术中，射线检测、磁粉检测、涡流检测、渗透检测和超声检测等方法被广泛应用。其中，超声检测因其广泛的适用性和高效性而成为主流选择。激光超声无损检测技术在工业应用已扩展到多个领域，例如材料涂层中的缺陷检测，以及高温陶瓷、金属、复合材料检测等[4]。无损检测技术在现代工业中发挥着不可或缺的作用，随着技术的不断发展，其应用范围和效果也在不断提高，预期在未来将在工业生产中扮演更加重要的角色。
超声无损检测技术作为一种成熟的检测手段，在工业产品的质量控制中发挥着关键作用，对于确保产品的性能和稳定性具有重要意义。这种技术包括多种方法，如射线检测、磁粉检测、涡流检测、渗透检测等，其中超声检测因其广泛的适用性和高效性而成为主流选择。超声检测技术利用超声波在材料中的传播特性，通过反射、折射或衰减等现象来判断物体内部的结构完整性和缺陷位置。这种技术不仅非破坏性，而且能够快速、准确地提供检测结果，因此在制造业、航空航天、医疗等领域得到广泛应用[5-6]。
超声检测技术依据超声波在材料中的传播特性，如反射、透射、散射和衰减，来识别材料内部的缺陷或损伤，具有灵活性、强穿透力、广覆盖范围、高灵敏度和准确定位缺陷等优点。尽管超声无损检测技术因其广泛的适用性和高效性而成为主流选择，但传统方法在实际应用中面临一些挑战。例如，传统超声检测通常需要使用耦合剂来连接探头与工件，这不仅增加了操作的复杂性，还可能对某些材料表面造成化学污染。此外，这种方法对材料表面状况有较高要求，不适用