●序
前言
第1章緒論1
1.1金屬增材制造的發展1
1.2金屬增材制造技術分類3
1.2.1激光選區熔化增材制造技術3
1.2.2激光定向能量沉積增材制造技術6
1.2.3電子束熔絲沉積增材制造技術8
1.2.4電子束選區熔化成形增材制造技術10
1.2.5電弧增材制造技術12
1.2.6超聲波增材制造技術14
1.2.7冷噴塗增材制造技術16
1.3金屬增材制造用粉末材料19
1.3.1增材制造粉末制備方法19
1.3.2增材制造粉末形態描述28
1.3.3常用增材制造粉末材料33
1.4金屬增材制造技術的應用36
1.4.1在航空航天的應用37
1.4.2在能源行業的應用39
1.4.3在醫療領域的應用41
1.4.4在模具制造中的應用41
1.5金屬增材制造的冶金過程44
1.5.1熱源和材料的相互作用機理44
1.5.2增材制造熔池特征48
1.6金屬增材制造中的典型缺陷及檢測技術54
1.6.1增材制造中的典型缺陷54
1.6.2增材制造缺陷檢測的特點及方法55
1.6.3我國金屬增材制造檢測技術的戰略布局61
參考文獻62
第2章金屬增材制造的孔洞缺陷66
2.1匙孔缺陷的冶金基礎66
2.1.1激光熔化模式66
2.1.2匙孔缺陷的產生及影響70
2.1.3匙孔缺陷形成的微觀過程70
2.2增材制造中的匙孔缺陷72
2.2.1增材過程的焊接模式72
2.2.2匙孔缺陷形成的影響因素74
2.2.3典型增材制造材料中的匙孔缺陷78
2.3增材制造中的氣孔缺陷81
2.3.1氣孔缺陷的冶金基礎82
2.3.2選擇性激光熔化中的氣孔缺陷85
2.3.3電子束增材制造中的氣孔缺陷91
2.3.4電弧增材制造中的氣孔缺陷96
2.3.5氣孔缺陷對材料性能的影響101
2.4本章小結104
參考文獻105
第3章金屬增材制造的未熔合及夾渣缺陷108
3.1未熔合缺陷108
3.1.1未熔合缺陷的冶金基礎108
3.1.2激光選區熔化增材制造中的未熔合缺陷109
3.1.3電子束增材制造中的未熔合缺陷118
3.1.4電弧增材制造中的未熔合缺陷125
3.1.5冷噴塗增材制造中的未熔合缺陷125
3.2夾渣缺陷126
3.2.1夾渣缺陷的冶金基礎127
3.2.2焊接中的夾渣缺陷133
3.2.3激光選區熔化中的夾渣缺陷135
3.2.4激光定向能量沉積中的夾渣缺陷141
3.2.5電子束增材制造中的夾渣缺陷144
3.2.6電弧增材制造中的夾渣缺陷146
3.3本章小結148
參考文獻149
第4章金屬增材制造的裂紋缺陷152
4.1裂紋缺陷的冶金基礎152
4.1.1殘餘應力152
4.1.2凝固行為152
4.2凝固裂紋155
4.2.1微觀機制155
4.2.2裂紋微觀特征157
4.2.3凝固裂紋的影響因素158
4.2.4預防措施161
4.3液化裂紋162
4.3.1產生機理162
4.3.2典型微觀形貌164
4.3.3影響液化裂紋敏感性的因素166
4.3.4預防措施167
4.4冷裂紋167
4.4.1微觀機制167
4.4.2典型微觀形貌167
4.4.3冷裂紋的影響因素168
4.4.4預防措施168
4.5分層169
4.5.1形成原因169
4.5.2預防措施169
4.6典型增材制造材料中的裂紋170
4.6.1鎳基高溫合金中的裂紋170
4.6.2鈦合金中的裂紋175
4.6.3鋁合金中的裂紋178
4.6.4不鏽鋼中的裂紋184
4.7本章小結186
參考文獻187
第5章金屬增材制造的表面缺陷193
5.1增材制造中的球化193
5.1.1增材制造球化的理論基礎193
5.1.2增材制造中的球化機制198
5.1.3增材制造工藝參數對球化的影響201
5.1.4典型增材制造材料中的球化210
5.2增材制造部件的表面形貌及後處理212
5.2.1表面粗糙度基礎知識212
5.2.2增材制造部件表面粗糙度影響因素213
5.2.3典型增材制造方法的表面形貌217
5.2.4後處理對增材制造部件表面形貌的影響220
5.2.5增材制造部件表面形貌和性能關繫227
5.3本章小結228
參考文獻229
第6章金屬增材制造的光學檢測231
6.1基於高溫計和高速相機的熔池監測231
6.1.1基於高溫計的熔池溫度測量231
6.1.2基於高速相機的熔覆面監測237
6.1.3高溫計與高速相機熔池同軸監測242
6.2增材制造過程的紅外熱像監測245
6.2.1紅外熱像技術及其與增材制造裝備的集成245
6.2.2未熔合缺陷的紅外熱像檢測249
6.2.3孔隙率的紅外熱像測量250
6.2.4熔池尺寸的紅外熱像測量252
6.2.5基於紅外熱像反饋的材料晶粒度控制253
6.3表面缺陷的光學相干成像檢測254
6.3.1適用於增材制造的典型光學相干成像方法255
6.3.2光學相干成像繫統與增材制造裝備的集成257
6.3.3熔覆面缺陷的光學相干成像監測258
6.4增材制件三維形貌的視覺傳感檢測263
6.4.1基於結構光的主動三維形貌測量技術264
6.4.2基於數字圖像相關的被動三維形貌測量技術268
參考文獻275
第7章金屬增材制造的超聲檢測278
7.1增材制件的離線超聲檢測278
7.1.1常規超聲檢測278
7.1.2水浸超聲檢測283
7.1.3相控陣超聲檢測286
7.2增材制造過程的在線超聲檢測290
7.2.1壓電在線超聲檢測290
7.2.2激光在線超聲檢測291
7.2.3電磁在線超聲檢測296
7.2.4空氣耦合在線超聲檢測300
7.2.5超聲檢測裝備與增材制造裝備的集成303
7.3金屬增材制造組織與應力的超聲表征306
7.3.1基於超聲聲速的組織和性能表征技術306
7.3.2基於超聲散射衰減的組織表征技術315
7.3.3基於超聲非線性的組織表征技術320
7.4增材制造過程的聲發射檢測324
7.4.1增材制造的聲發射檢測機理324
7.4.2基於光纖光柵的粉末床熔融在線檢測329
7.4.3基於壓電傳感器的直接能量沉積在線檢測332
參考文獻333
第8章金屬增材制造的射線檢測336
8.1增材制造的射線檢測基礎與特點336
8.1.1射線的衰減機制336
8.1.2射線成像的物理模型337
8.1.3CT圖像的重建算法339
8.1.4射線檢測裝備340
8.2增材制造部件的工業CT檢測349
8.2.1體積型缺陷的CT檢測349
8.2.2工業CT檢測能力驗證355
8.2.3工業CT的其他測量功能358
8.3增材制造部件的同步輻射362
8.3.1同步輻射與增材制造裝備的集成362
8.3.2熔池形貌的在線監測364
8.3.3缺陷演化監測366
8.3.4粉末運動監測367
8.3.5凝固速率監測370
8.3.6材料相變監測371
8.4射線背散射成像技術在增材制造中的應用展望372
8.4.1增材制造的射線背散射成像特點373
8.4.2X射線背散射成像的應用376
參考文獻380
第9章金屬增材制造的電磁檢測382
9.1增材制造的常規渦流檢測382
9.1.1增材制造常規渦流檢測原理與特點382
9.1.2基於常規渦流的增材制造在線檢測390
9.1.3基於高靈敏渦流傳感器的增材制件離線檢測391
9.2增材制造的陣列渦流395
9.2.1增材制造陣列渦流檢測原理與特點396
9.2.2基於陣列渦流的增材制造在線檢測398
9.2.3基於陣列渦流的增材制造離線檢測400
9.3增材制造的脈衝渦流402
9.3.1增材制造脈衝渦流檢測原理與特點402
9.3.2脈衝渦流在增材制造檢測中的應用405
9.4微磁檢測在增材制造中的應用展望406
9.4.1微小缺陷的微磁檢測407
9.4.2增材制件力學性能及應力的微磁測量410
參考文獻414

本書圍繞金屬增材制造的質量控制問題，全面繫統地介紹了金屬增材制造典型缺陷形成機理和常用缺陷無損檢測技術，重點論述了匙孔、氣孔、夾渣、未熔合、裂紋及表面球化等缺陷的形成機制及特征，此外還介紹了超聲、射線、光學和電磁等四種檢測方法的原理及技術，並從在線檢測和離線檢測兩個維度列舉了一些實際的檢測案例和潛在的解決方案。本書可作為高等院校材料和機械等專業研究生和本科生的教材，也可作為增材制造從業人員的參考書。