摘要：燃烧室是高马赫数超燃冲压发动机中技术难度最大的部件之一，其内部有复杂的燃料流道，一般采用激光选区熔化（Selective Laser Melting， SLM）技术制造，材料为 GH3625 高温合金。由于增材制造工艺复杂，燃烧室成形后容易产生孔隙、裂纹、未熔

燃烧室是高马赫数超燃冲压发动机中技术难度最大的部件之一，其内部有复杂的燃料流道，一般采用激光选区熔化（Selective Laser Melting， SLM）技术制造，材料为 GH3625 高温合金。由于增材制造工艺复杂，燃烧室成形后容易产生孔隙、裂纹、未熔粉末颗粒、熔合不良等内部缺陷，流道内还可能存在多余物，影响燃烧室使用性能。此外，燃烧室高温工作时筒壁还可能变形导致壁厚变化。

【研究亮点】

采用CR和CT技术对燃烧室模拟件内部流道的多余物缺陷进行检测，研究了X射线成像方法在增材制造件内部流道多余物检测中的能力。结果表明，CR技术可检测到最小尺寸为0.15mm的凸出立方体多余物，而显微CT技术可检测到最小尺寸为0.08mm的凸出立方体多余物。

【全文导读】

南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室布树鹏、刘玲玲等在2024年第44卷第9期《特种铸造及有色合金》期刊上发表了题为“增材制造流道多余物 X 射线成像检出能力研究”的文章，作者采用激光选区熔化工艺增材制造了含复杂流道的燃烧室模拟件，流道内部预制了不同尺寸的凸出立方体多余物，并放置一组标准尺寸金属丝模拟线形多余物。采用计算机射线照相（Computed radiology， CR）和显微计算机层析成像（Computed tomography， CT）对试样进行检测，研究X射线成像方法对增材制件内部流道多余物的检测能力，并采用显微CT对流道壁厚进行分析与评估。结果表明，CR可检出最小设计尺寸为0.15 mm的凸出立方体多余物和最小丝径为0.1 mm的线形多余物；显微CT可检出最小设计尺寸为0.08 mm的凸出立方体多余物和最小丝径为0.1 mm的线形多余物。显微CT尺寸测量结果显示，线形多余物测量尺寸与标准尺寸一致，凸出立方体多余物测量尺寸普遍大于设计尺寸，最大绝对误差不超过50 μm。通过显微CT壁厚分析发现，宽段流道均匀性良好。

【图文解析】

以GH3625粉末为原材料，采用自主设计的S310型激光选区熔化增材制造系统制备内部流道试样，模拟超燃冲压发动机燃烧室流道结构。表1为GH3625合金的化学成分，图1为增材制造内部流道试样CAD设计剖面图与实物图。试样尺寸：外径为80mm，壁厚为5mm，高为100mm；内部分为宽窄两段不同尺寸的流道，窄段流道为2mm×1.5mm×50mm，宽段流道为3 mm×2mm×50mm；窄段每条流道内部预制10个凸出立方体多余物，尺寸分别为0.2、0.2、0.15、0.15、0.1、0.1、0.1、0.08、0.08和0.08mm，编号依次为1~10；宽段流道内部放置7根镍标准丝型像质计（HB7684-2000）模拟线形多余物，丝径分别为0.4、0.32、0.25、 0.20、0.16、0.125 和 0.1 mm，丝号分别对应10~16。

(a) 流道CAD设计图 (b) 实物图

图1 流道试样设计图与实物图

图2为流道增材制件CT透照布置示意图。当焦距为765mm检测时，X射线对窄段流道最小和最大透照厚度分别为7mm和35mm，宽段流道最小和最大透照厚度分别为6mm和31mm，两种情况下最大透照厚度均约为最小透照厚度的5倍。针对上述情况，采用小焦点射线机进行CR检测，可有效检测出其内部缺陷；采用显微CT检测流道多余物并进行尺寸测量。

图2 流道增材制件CT扫描布置示意图

采用ISOVOLT320Titan E射线机 ，焦点尺寸为0.4mm×0.4mm，CR扫描仪采用CRx25P，激光焦点为12.5μm，配套超高分辨率IPU成像板。采用源在外单壁透照，试验焦距为900mm，管电压为130kV，管电流为6mA，曝光时间为120s，镍丝像质计放置在宽流道源测表面。

采用YXLON FF85显微CT成像系统，其中微焦点射线源为Microfocus tube 225kV，最大管电压为225kV，焦点尺寸最小为6μm；平板探测器为VAREX 4343HE型非晶硅平板探测器，其闪烁体材料为碘化铯，探测器单元尺寸为139μm×139μm，成像矩阵为3072×3072，A/D位数为16 bit。CT扫描试验参数：源到试样旋转中心距离为165mm，源到探测器距离为765mm，管电压为220kV，管电流为360μA，单张投影图像积分时间为2.31s，在360°范围内共获得3059张投影图像，成像分辨率为30μm。

(a) 窄段流道 (b) 宽段流道

图3 流道多余物CR图像

(a) Z轴切片图像 (b) 含凸出立方体多余物Y轴切片图像

图4 窄段流道多余物切片图像分析

图5 线形多余物Z轴切片检测效果图

图6 X轴CT图像中最小丝径线形多余物的检测

图7 内部流道壁厚均匀性分析

【主要结论】

（1）采用 SLM 工艺制造含复杂流道的燃烧室模拟件，材质为 GH3625 高温合金，内部预制了不同尺寸凸出立方体多余物和线形多余物。

（2）对 GH3625 高温合金燃烧室模拟件进行 CR 检测，按 GB/T 26642-2022 标准 A 级检测要求进行透照。结果表明，最小可检出设计尺寸为 0.15 mm 的凸出立方体多余物和丝径为 0.1 mm 的线形多余物，设计尺寸≤0.1 mm 凸出立方体多余物存在漏检。

（3）对 GH3625 高温合金燃烧室模拟件进行显微CT 检测，成像分辨率达到 30 μm。结果表明，设计尺寸为 0.08～0.20 mm 的凸出立方体多余物均被检出，并对多余物进行尺寸测量分析，凸出立方体多余物平均测量 尺 寸 普 遍 大 于 设 计 尺 寸 ，绝 对 误 差 最 大 不 超 过

50 μm，凸 出 立 方 体 多 余 物 缺 陷 最 小 检 出 尺 寸 为0.1 mm，线形多余物缺陷测量值基本与标准尺寸一致，可检出最小丝径为 0.1 mm。

（4）通过 CT 进行流道壁厚测量与均匀性分析，结果显示宽段流道均匀性良好，CT 测量尺寸与实际测量尺寸误差小于 0.16 mm。

【文章来源】

特种铸造及有色合金2024年第44卷第9期，欢迎引用！

【作者团队介绍】

刘玲玲

刘玲玲，女，1989年9月出生，博士毕业于天津大学仪器科学与技术专业，讲师，硕士生研究生导师。2019年3月入参加工作，一直从事射线检测与人工智能交叉融合、太赫兹无损检测的教学和科研工作。主持国家自然基金1项，主持省部级课题1项，横向课题多项。

【引用格式】

中文：布树鹏，敖波，宋鸿玉，等. 增材制造流道多余物X射线成像检出能力研究［J］. 特种铸造及有色合金，2024，44（9）：1 213-1 217.

英文：BU S P，AO B，SONG H Y，et al. X-ray imaging detection capability of residues in additive manufactured channels［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2024，44（9）：1 213-1 217.

来源：特铸杂志