技术摘要：
本发明公开了一种金属增材制造非均质组织的阵列超声聚焦成像修正方法，其步骤包括：构建非均质介质的空间结构模型；测量横观各向同性结构的弹性常数：利用X射线衍射标定法测量样品的横观各向同性的5个弹性常数，构成弹性矩阵C；设定阵列超声第一阵元位置超声入射的初始  全部
背景技术：
金属增材制造是先进制造和智能制造的变革性、核心技术。金属增材制造“逐点扫 描/逐层堆积”的往复循环特点，不可避免地产生了异于传统制造的各类特殊的工艺缺陷。 增材制造过程质量检测手段的缺乏已成为制约其技术发展和推广应用的重大瓶颈。 阵列超声检测技术包括激光相控阵超声、压电相控阵超声和全聚焦超声等。对于 均质各向同性材料来说，这些检测技术通过时间延迟叠加进行相位调节，实现内部缺陷的 聚焦成像。但是，金属增材制造的逐点堆积特点，导致了沿着生长方向多产生层状柱状晶组 织，呈声学各向异性特征。而且每一打印层根据扫描方向不同，由熔池及其热影响区连续累 积成周期性的晶粒倾斜，从而产生特有的声学非均质特征。如果将非均质的增材组织近似 为由一系列晶粒取向相近的微小区域及其非均质界面构成的空间结构，超声在穿过每一均 质微区时，传播方向和速度会因非均质界面的扰动而产生异于各向异性介质的时间延迟和 相位畸变。金属增材非均质组织引起的非正常时间延迟和相位畸累积变将导致传统的聚焦 方法失效。因此，为了实现增材组织内部缺陷的高分辨检测，亟待提出可以修正阵列超声时 间延迟并实现聚焦成像方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种金属增材制造非均质组织的阵列超声聚焦成像修正方 法，以解决由于增材非均质组织产生的超声信号非正常时间延迟和相位畸变，而导致的传 统阵列超声聚焦方法失效的问题，最终实现增材制件内部缺陷的高分辨成像检测。 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 一种金属增材制造非均质组织的阵列超声聚焦成像修正方法，其特征在于，包括 以下步骤： 步骤S1.构建非均质介质的空间结构模型，具体为：沿着增材制件试样的打印生长 方向截取一定长度样品，利用电子背散射衍射技术获得晶粒取向分布图，设定晶粒取向相 近的区域为均质区域，作为一层均质层，测量每一层的层厚d、晶粒倾斜角度αi，i＝1,2…N， N为总层数，构建由层厚和每层晶粒倾斜角度构成的空间结构模型； 步骤S2.测量横观各向同性结构的弹性常数：利用X射线衍射标定法测量增材制件 试样的横观各向同性的5个弹性常数C11、C12、C13、C33和C44，构成弹性矩阵C； 步骤S3.绘制不同声束传播角度的慢度曲线图，具体为：基于克里斯托弗方程，构 建横观各向同性材料的声束传播角度θ与传播速度v的定量关系v＝f(θ,αi,C)，并绘制相邻 均质层的慢度曲线图； 步骤S4.设定阵列超声的第一阵元位置超声入射的初始角度，具体为：以第一阵元 4 CN 111610257 A 说　明　书 2/4 页 激励点P和聚焦点F连线与激励点法线的夹角作为初始入射角度； 步骤S5.顺向计算焦平面的声线终止点F'，具体为：设定激励位置超声入射的初始 角度，再根据初始入射角度、晶粒倾斜角度、慢度曲线图，依次确定穿过空间结构模型中每 一均质层的声速csi和折射声线的传播路径Lsi，直到到达聚焦点F所在的深度，并计算声线 终止点坐标F'，超声传播时间ts＝∑Lsi/csi； 步骤S6.反向计算激励位置平面的声线终止点P'，具体为：根据互易原则，以F'点 和F点的中点作为发射点，按照S5方法，依次计算反向传播过程中的声速cRi和折射声线的传 播路径LRi，以及激励平面上的声线终止点P'，反向超声传播时间tR＝∑LRi/cRi，得到超声传 播总时间t'＝tR ts； 步骤S7.循环计算得到激励点与聚焦点之间的声传播总时间tj'＝tR ts，j表示计 算次数，j大于或等于2，具体为：以激励点P和P'的中点作为发射点，循环步骤S5和步骤S6， 直到相邻两次循环的超声传播总时间变化Δt'＝tj-tj-1小于阈值t0'为止，将此时的时间t' 作为第一阵元位置相对于聚焦点F的总传播时间t1； 步骤S8.计算阵列超声时间延迟矩阵，具体为：重复S4-S7步骤，依次计算阵列超声 所有M个激励阵元的相对于聚焦点F的总传播时间，并减去第一阵元的总传播时间t1，得到 时间延迟矩阵Δt＝[0,t2-t1,t3-t1,…,tM-t1]； 步骤S9.根据时间延迟矩阵对超声信号叠加获得修正聚焦成像，具体为：依次对所 有激励阵元的信号S(m,t) ,m＝1,2…M，按照延迟矩阵进行平移和叠加，获得修正聚焦点的 信号 m表示激励阵元序号。 优选的，步骤S4中，所述阵列超声的具体的激励和接收形式为激光超声阵列或压 电超声阵列，阵列的排布形式为一维阵列或二维阵列。 优选的，步骤S1中，所述均质层的层厚d具体为熔池熔合线界定厚度。 优选的，步骤S1中，所述均质层的层厚d小于或者等于增材制件试样的打印层厚。 优选的，步骤S1中，所述均质层的层数根据实际目标检测深度和层厚确定。 优选的，步骤S5中，所述慢度曲线图具体为包括准纵波以及两种偏振类型的横波。 优选的，所述步骤S7中，阈值t0'范围为1.5-2.5ns。 本发明的有益效果在于： 本发明首先通过将非均质介质划分为一系列的连续均质区域，并计算阵列超声在 穿越连续区域后的时间延迟变化，从而修正阵列超声聚焦成像，实现金属增材制造内部缺 陷的高分辨检测；其次，本发明是基于打印材料自身组织特征构建空间结构模型，该构建方 法可以适用于直接能量沉积和粉末床选区熔覆这两种主流金属增材制造技术；最后，本发 明中所述的时间延迟方法适用于激光阵列超声和压电阵列超声等多种阵列形式，从而可以 基于阵列超声实现工业部件的非接触式和接触式等多种检测形式，可以应用于在线及离线 检测。 附图说明 图1为本发明