特許 7450758 クラック欠陥の非破壊検査方法、検査標準品及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-07

(45)【発行日】2024-03-15

(54)【発明の名称】クラック欠陥の非破壊検査方法、検査標準品及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/38 20210101AFI20240308BHJP

   G01N 29/30 20060101ALI20240308BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240308BHJP

   B22F 10/36 20210101ALI20240308BHJP

   B22F 10/366 20210101ALI20240308BHJP

   B22F 10/80 20210101ALI20240308BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240308BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20240308BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240308BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20240308BHJP

   C22C 1/04 20230101ALI20240308BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

B22F10/38

G01N29/30

B22F10/28

B22F10/36

B22F10/366

B22F10/80

B33Y10/00

B33Y80/00

B33Y50/02

B33Y50/00

C22C1/04 B

B22F1/00 M

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022564476

(86)(22)【出願日】2020-12-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-07

(86)【国際出願番号】 CN2020139981

(87)【国際公開番号】W WO2021212893

(87)【国際公開日】2021-10-28

【審査請求日】2022-10-21

(31)【優先権主張番号】202010319649.5

(32)【優先日】2020-04-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】522345951

【氏名又は名称】中国航発上海商用航空発動機製造有限責任公司

【氏名又は名称原語表記】ＡＥＣＣ ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＣＯＭＭＥＲＣＩＡＬ ＡＩＲＣＲＡＦＴ ＥＮＧＩＮＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】ＮＯ．７７ Ｈｏｎｇｙｉｎ Ｒｏａｄ， Ｎｉｃｈｅｎｇ Ｔｏｗｎ， Ｐｕｄｏｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１３０６， Ｃｈｉｎａ

(73)【特許権者】

【識別番号】519383452

【氏名又は名称】中国航発商用航空発動機有限責任公司

【氏名又は名称原語表記】ＡＥＣＣ ＣＯＭＭＥＲＣＩＡＬ ＡＩＲＣＲＡＦＴ ＥＮＧＩＮＥ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．３９９８， Ｓｏｕｔｈ Ｌｉａｎｈｕａ Ｒｏａｄ， Ｍｉｎｈａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４１， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(72)【発明者】

【氏名】李 雅莉

(72)【発明者】

【氏名】雷 力明

(72)【発明者】

【氏名】陳 暁暉

(72)【発明者】

【氏名】付 俊

(72)【発明者】

【氏名】常 斐

【審査官】池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０８１９５８５６（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０４１４８７３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６３９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０４９６９６６（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３３６３３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １０／００－１２／９０

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

付加製造ワーククラック欠陥の非破壊検査に用いられるクラック欠陥標準品の製造方法であって、
前記標準品のクラック欠陥領域を設定し、前記クラック欠陥領域において、クラック欠陥が前記クラック欠陥領域に占める割合を第１の割合値に設定するステップＡと、
前記クラック欠陥領域を製造するための付加製造成形プロセスを選択し、前記第１の割合値に対応する前記付加製造成形プロセスの第１のプロセスパラメータを取得するステップＢと、
前記第１のプロセスパラメータに基づいて前記付加製造成形プロセスを実行して、前記クラック欠陥領域を形成するステップＣと、
を含み、
ここで、前記付加製造成形プロセスは、選択的レーザ溶融成形プロセスであり、前記クラック欠陥領域の材料は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金であり、前記第１の割合値は０．０７％－１．２％であり、前記第１のプロセスパラメータは、２３０Ｊ／ｍ－４００Ｊ／ｍの第１のレーザ線エネルギ密度、０．０７ｍｍ－０．０９ｍｍの第１の走査間隔、３ｍｍ－１０ｍｍの第１のストライプ幅、０．０５ｍｍ－０．１ｍｍの第１のストライプラップ、及び０．０２ｍｍ－０．０３ｍｍの第１の粉末敷き詰めの厚さを含み、前記第１のレーザ線エネルギ密度は、次の式で確定され、

【数1】

ここで、ａは、第１の割合値であり、ηは、第１のレーザ線エネルギ密度である、ことを特徴とするクラック欠陥標準品の製造方法。

【請求項2】

前記ステップＢにおいて、前記第１の割合値は１．２％であり、前記第１のレーザ線エネルギ密度は４００Ｊ／ｍであり、前記第１の走査間隔は０．０７ｍｍであり、前記第１のストライプ幅は３ｍｍであり、前記第１のストライプラップは０．１ｍｍであり、前記第１の粉末敷き詰めの厚さは０．０３ｍｍであり、
又は、
前記ステップＢにおいて、前記第１の割合値は０．０７％であり、前記第１のレーザ線エネルギ密度は２３０Ｊ／ｍであり、前記第１の走査間隔は０．０９ｍｍであり、前記第１のストライプ幅は１０ｍｍであり、前記第１のストライプラップは０．０５ｍｍであり、前記第１の粉末敷き詰めの厚さは０．０３ｍｍであり、
又は、
前記ステップＢにおいて、前記第１の割合値は０．４３％であり、前記第１のレーザ線エネルギ密度は２７７Ｊ／ｍであり、前記第１の走査間隔は０．０８ｍｍであり、前記第１のストライプ幅は５ｍｍであり、前記第１のストライプラップは０．０７ｍｍであり、前記第１の粉末敷き詰めの厚さは０．０３ｍｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

前記ステップＡは、前記標準品の本体領域を設定することをさらに含み、前記本体領域は、クラック欠陥がなく、前記ステップＢは、前記本体領域を製造するための別の付加製造成形プロセスを選択し、前記本体領域に対応する前記別の付加製造成形プロセスの第２のプロセスパラメータを取得することをさらに含み、前記ステップＣは、前記第２のプロセスパラメータに基づいて前記別の付加製造成形プロセスを実行して、前記本体領域を形成することをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。

【請求項4】

前記ステップＢにおいて、前記別の付加製造成形プロセスは、選択的レーザ溶融成形プロセスであり、前記本体領域の材料は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金であり、前記別の付加製造成形プロセスの第２のプロセスパラメータは、１６３Ｊ／ｍ－２００Ｊ／ｍの第２のレーザ線エネルギ密度、０．０８ｍｍ－０．１０ｍｍの第２の走査間隔、４ｍｍ－６ｍｍの第２のストライプ幅、０．０６ｍｍ－０．１ｍｍの第２のストライプラップ、０．０２ｍｍ－０．０３ｍｍの第２の粉末敷き詰めの厚さを含む、ことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークの加工品質検査分野に関し、特に付加製造ワーククラックの検査方法、検査標準品及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

付加製造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ、ＡＭ）技術は、３Ｄプリント、三次元プリント（Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）技術と通称され、現在、金属付加製造技術が徐々に成熟し、既に航空宇宙、医療、自動車、原子力発電などの分野に幅広く応用されている。例えば、選択的レーザ溶融（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｍｅｌｔｉｎｇ、ＳＬＭ）は、最も有望なＡＭ技術の一つであると考えられ、微細な集光スポットのレーザビームを成形エネルギ源として採用し、高速高精度走査ガルバノスキャナを加工ビーム制御ユニットとして採用し、かつより薄い層厚制御技術を採用するため、他のＡＭ技術と比べて、ＳＬＭ技術は、高緻密かつ高精度な成形品を得る面でより優位性があり、複雑なキャビティ、プロファイル、薄い壁、変断面部品の直接成形を完成することができ、航空宇宙などの分野、例えば航空エンジンのプレスワールノズル、燃料ノズル、タービンブレードなどの部品に広く応用される。

【0003】

ＳＬＭプロセスにおける金属粉末材料は、迅速な溶融及び凝固との複雑な相変化プロセスが発生するため、ＳＬＭ部材にはクラック欠陥が存在しやすく、その原理は以下通りである。選択的レーザ溶融成形プロセスにおいて、局所的な加熱による不均一な温度場が局所的な熱効果を必ず引き起こすため、溶融プールは、凝固及びその次の冷却プロセスにわたって引張応力の作用を受け、その後のプロセスにおいて残留応力を形成し、最終的にクラックの発生をもたらす。

【0004】

航空宇宙用ＳＬＭ部材については、現在、非破壊検査方法（例えば工業ＣＴ検査、超音波検査、放射線検査、蛍光透過検査等）を広範に採用して、部品のクラック位置及びクラック欠陥占有率等の特徴を検査して、部品が使用要件を満たすか否かを分析し評価する。従来の非破壊検査方法の一般的なステップは以下通りである。すなわち、クラック欠陥を有する標準品を製造し、標準品を標定し、クラック欠陥に対応する標定検査信号を得て、又は、テーブルを照合してフィッティングして欠陥に対応する標定検査信号を得て、そして、ワークに対して非破壊検査を行い、ワークの試験検査信号を得て、試験検査信号と標定検査信号とを比較し、クラック位置及びクラック欠陥占有率等の特徴を含むワークのクラック欠陥状況を得る。

【0005】

しかしながら、発明者は以下のことを見出した。すなわち、付加製造構造部材は、その組織と欠陥特徴が従来の製造部材と異なり、不均一性と異方性等との特徴が存在する。また、付加製造構造部材の幾何形状が複雑なので、従来の非破壊検査プロセスに到達性が低く、検査の死角領域が大きい等という難題がある。そのため、従来の製造部材のクラック欠陥と非破壊検査の標定検査信号との対応関係を簡単にそのまま使用できず、改めて標定を行い、付加製造ワークのクラック欠陥の非破壊検査信号特徴を明確にし、明確な非破壊検査信号の非破壊検査パラメータを得ること必要がある。

【0006】

従来の技術において、クラック検査を製造する検査標準品は、主に３つの方法がある。１つ目は、疲労試験機を利用して疲労試験を行い、一定のサイズのクラック欠陥を製造することである。２つ目は、プラズマ又は他の高エネルギービームを用いてクラックを切り出して溶着させることである。

【0007】

しかしながら、発明者は以下のことを見出した。すなわち、これらの２つの方法で製造されるクラック欠陥を有する標準品は、製造プロセスが標準品の組織に対して大きい程度の破壊を生じ、そのクラック形態は、付加製造プロセスで発生したクラックと大きく異なる。また、すでに組織が発生しているので、更に標準品に対して力学的テストを行うことができず、標準品に対してクラックの力学的特性影響を評価することができない。

【0008】

従来の技術において、付加製造の方式を採用して標準品を製造する技術が存在し、例えば選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）である。付加製造のモデル設計段階において、標準品がクラック欠陥の形状を含むように設計し、すなわち構造設計の方法によってクラックを得て、付加製造組織プロセスで乗じるクラックに近い構造を有する標準品を得ることを期し、それにより、より正確な標定結果を得ることを期する。例えば、中国特許出願公開第ＣＮ１０８４３６０８１Ａ号明細書には、クラック欠陥の長さが８ｍｍになるように予め設計し、求められるクラック欠陥のサイズ、位置等の情報を試料モデルに添加し、欠陥付きの三次元モデルを形成し、さらにこの三次元モデルをプリントする技術が公開されている。

【0009】

しかしながら、発明者は以下のことを見出した。すなわち、モデル設計段階においてクラック構造を設計して三次元モデルを得て、且つ三次元モデルに基づいて付加製造を行って標準品を得る技術では、幅の大きいクラックがあれば、数十ミクロン直径の粉末がクラックギャップ内に残存しやすく、幅の小さいクラックがあれば、境界輪郭が溶融した金属で充填されやすく、クラックを成形することができない。そのため、三次元モデルに一致するクラック欠陥を有する標準品を得ることが難しく、付加製造クラック欠陥をリアルに反映することもできない。

【0010】

そのため、本分野は、付加製造ワーククラックの検査方法、検査標準品及びその製造方法を必要として、それによって、付加製造ワークのクラック欠陥に対する正確な非破壊検査を実現し、さらにテストして付加製造ワークのクラック欠陥とその力学的特性との関係を得ることができる。

【発明の概要】

【0011】

本発明の目的は、付加製造ワークのクラック欠陥に対する正確な非破壊検査を実現するための、付加製造ワーククラックの検査方法、検査標準品及びその製造方法を提供することである。

【0012】

本発明の一態様による、付加製造ワーククラック欠陥の非破壊検査に用いられるクラック欠陥標準品の製造方法は、前記標準品のクラック欠陥領域を設定し、前記クラック欠陥領域において、クラック欠陥が前記クラック欠陥領域に占める割合を第１の割合値に設定するステップＡと、前記クラック欠陥領域を製造するための付加製造成形プロセスを選択し、前記第１の割合値に対応する前記付加製造成形プロセスの第１のプロセスパラメータを取得するステップＢと、前記第１のプロセスパラメータに基づいて前記付加製造成形プロセスを実行して、前記クラック欠陥領域を形成するステップＣと、を含む。

【0013】

前記製造方法の一つ又は複数の実施例では、前記ステップＢにおいて、前記付加製造成形プロセスは、選択的レーザ溶融成形プロセスであり、前記第１のプロセスパラメータは、第１のレーザ線エネルギ密度を含み、設定される前記第１の割合値が高いほど、それに対応して前記第１のレーザ線エネルギ密度を高く設定する。

【0014】

前記製造方法の一つ又は複数の実施例では、前記クラック欠陥領域の材料は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金であり、前記第１の割合値は０．０７％－１．２％であり、前記第１のプロセスパラメータは、２３０Ｊ／ｍ－４００Ｊ／ｍの第１のレーザ線エネルギ密度、０．０７ｍｍ－０．０９ｍｍの第１の走査間隔、３ｍｍ－１０ｍｍの第１のストライプ幅、０．０５ｍｍ－０．１ｍｍの第１のストライプラップ、及び０．０２ｍｍ－０．０３ｍｍの第１の粉末敷き詰めの厚さを含み、前記第１のレーザ線エネルギ密度は、次の式で確定され、

【0015】

【数1】

【0016】

ここで、ａは、第１の割合値であり、ηは、第１のレーザ線エネルギ密度である。

【0017】

前記製造方法の一つ又は複数の実施例では、前記ステップＢにおいて、前記第１の割合値は１．２％であり、前記第１のレーザ線エネルギ密度は４００Ｊ／ｍであり、前記第１の走査間隔は０．０７ｍｍであり、前記第１のストライプ幅は３ｍｍであり、前記第１のストライプラップは０．１ｍｍであり、前記第１の粉末敷き詰めの厚さは０．０３ｍｍであり、又は、前記ステップＢにおいて、前記第１の割合値は０．０７％であり、前記第１のレーザ線エネルギ密度は２３０Ｊ／ｍであり、前記第１の走査間隔は０．０９ｍｍであり、前記第１のストライプ幅は１０ｍｍであり、前記第１のストライプラップは０．０５ｍｍであり、前記第１の粉末敷き詰めの厚さは０．０３ｍｍであり、又は、前記ステップＢにおいて、前記第１の割合値は０．４３％であり、前記第１のレーザ線エネルギ密度は２７７Ｊ／ｍであり、前記第１の走査間隔は０．０８ｍｍであり、前記第１のストライプ幅は５ｍｍであり、前記第１のストライプラップは０．０７ｍｍであり、前記第１の粉末敷き詰めの厚さは０．０３ｍｍである。

【0018】

前記製造方法の一つ又は複数の実施例では、前記ステップＡは、前記標準品の本体領域を設定することをさらに含み、前記本体領域は、クラック欠陥がない。前記ステップＢは、前記本体領域を製造するための別の付加製造成形プロセスを選択し、前記本体領域に対応する前記別の付加製造成形プロセスの第２のプロセスパラメータを取得することをさらに含む。前記ステップＣは、前記第２のプロセスパラメータに基づいて前記別の付加製造成形プロセスを実行して、前記本体領域を形成することをさらに含む。

【0019】

前記製造方法の一つ又は複数の実施例では、前記ステップＢにおいて、前記別の付加製造成形プロセスは、選択的レーザ溶融成形プロセスであり、前記本体領域の材料は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金であり、前記別の付加製造成形プロセスの第２のプロセスパラメータは、１７０Ｊ／ｍ－２００Ｊ／ｍの第２のレーザ線エネルギ密度、０．０８ｍｍ－０．１０ｍｍの第２の走査間隔、４ｍｍ－６ｍｍの第２のストライプ幅、０．０６ｍｍ－０．１ｍｍの第２のストライプラップ、０．０２ｍｍ－０．０３ｍｍの第２の粉末敷き詰めの厚さを含む。

【0020】

本発明の別の態様によるクラック欠陥標準品は、以上のいずれか一項に記載の製造方法によって製造される。

【0021】

本発明のまた別の態様による、付加製造ワークのクラック欠陥を検査するためのクラック欠陥の非破壊検査方法は、上記標準品に対して非破壊検査を行い、前記標準品クラック欠陥の前記非破壊検査の標定検査信号を得て、前記非破壊検査の検査パラメータを確定するステップ１と、前記ステップ１で得られる前記検査パラメータに基づき、前記付加製造ワークに対して前記非破壊検査を行い、前記付加製造ワークの試験検査信号を得て、前記試験検査信号に基づいて前記付加製造ワークのクラック欠陥占有率を得るステップ２と、を含む。

【0022】

前記非破壊検査方法の一つ又は複数の実施例では、非破壊検査方法は、前記付加製造ワークに対して力学的テストを行い、前記付加製造ワークの力学的特性を得て、前記クラック欠陥占有率と前記力学的特性との関係を得るステップ３をさらに含む。

【0023】

前記非破壊検査方法の一つ又は複数の実施例では、前記ステップ１は、以上に記載の標準品を製造することと、非破壊検査を行って前記標準品クラック欠陥の前記非破壊検査の標定検査信号を得て、前記非破壊検査の検査パラメータを確定することとを含む。

【0024】

以上をまとめると、本発明の進歩的効果は、プロセスパラメータ調整の方式によってクラックを有する検査標準品を得て、付加製造ワークのクラック欠陥をよりリアルに反映し、より正確な標定結果及び非破壊検査パラメータを得ることにより、付加製造ワークのクラック欠陥非破壊検査結果の正確性及び信頼性を向上させること、及び、より正確に確実な付加製造ワークのクラック欠陥と付加製造ワークの力学的特性との間の関係を得ることを含む。

【0025】

本発明に係る上記特徴、性質と利点、及び他の特徴、性質と利点は、以下の図面と実施例の説明から更に明らかになるであろう。また、図面は例示的なものに過ぎず、実物に比例して描画されるものではなく、さらにこれによって本発明の実際に請求する特許請求の範囲を限定すべきではないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】一つ又は複数の実施例による付加製造ワーククラックの検査標準品の製造方法のフローチャート

【図2】一つ又は複数の実施例による標準品の構造概略図

【図3】一実施例による第１の割合値のクラック欠陥の光学顕微鏡写真

【図4】別の実施例による第１の割合値のクラック欠陥の光学顕微鏡写真で

【図5】また別の実施例による第１の割合値のクラック欠陥の光学顕微鏡写真

【図6】レーザ線エネルギ密度と第１の割合値との該当グラフ

【図7】一つ又は複数の実施例による標準品の本体領域のクラック欠陥がない光学顕微鏡写真

【図8】一つ又は複数の実施例による付加製造ワーククラックの検査方法のフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、記載された主題の技術的解決手段を実施するための様々な実施形態または実施例を開示する。本開示の内容を簡単にするために、各要素および配列の具体的な例を以下に説明するが、これらは単なる例であり、本発明の保護範囲を限定するものではないことを理解されたい。「一つの実施例」、「一実施例」、および／または「いくつかの実施例」は、本願の少なくとも１つの実施例に関連する特徴、構造、または特性を意味する。そのため、強調して注意すべきことは、本明細書において２つ以上の異なる箇所で記載された「一実施例」又は「一つの実施例」又は「１つの代替的実施例」は必ずしも同じ実施例を指すとは限らないことである。更に、本願の１つ又は複数の実施例の幾つかの特徴、構造又は特性を適切に組み合わせることができる。

【0028】

本出願は、フローチャートを用いて本出願の実施例のシステムに基づいて実行される操作を説明する。なお、前又は次の操作は、必ずしも順序に従って正確に実行されるとは限らない。また、他の操作をこれらのプロセスに追加するか、又はこれらのプロセスからあるステップ又は複数のステップの操作を除いてもよい。

【0029】

図１に示すように、一実施例では、付加製造ワーククラックの検査標準品の製造方法は、以下のステップを含む。
ステップＡでは、記標準品のクラック欠陥領域を設定し、前記クラック欠陥領域において、クラック欠陥が前記クラック欠陥領域に占める割合を第１の割合値に設定する。
具体的には、クラック欠陥領域を設定するプロセスは、ＵＧ等のコンピュータ補助設計ソフトウェアによって実現されることができる。図２を参照すると、標準品１０の具体的な構造は、標準品１０がクラック欠陥のない本体領域１及びクラック欠陥領域２を含んでもよい。しかしこれに限らない。クラック欠陥領域２は、図２に示される１箇所のクラック欠陥領域２に限らず、複数の箇所であってもよい。１つの限界の例は、ワーク全体がいずれもクラックを有する可能性がある状況を標定するために、標準品１０がクラック欠陥領域２のみを有するように設定される。クラック欠陥がクラック欠陥領域２に占める面積割合は、第１の割合値であり、第１の割合値は、標定する必要なデータポイントの必要に応じて設定される。複数のクラック欠陥領域２を有する標準品１０の一つ又は複数の実施例では、複数のクラック欠陥領域２は、異なる第１の割合値を有してもよく、このようにすれば、標定のプロセスを加速し、異なるクラック欠陥占有率に対応する標定検査信号に対する同時標定を実現することができる。

【0030】

ステップＢでは、前記クラック欠陥領域を製造するための付加製造成形プロセスを選択し、前記第１の割合値に対応する前記付加製造成形プロセスの第１のプロセスパラメータを取得し、
ステップＣでは、前記第１のプロセスパラメータに基づいて前記付加製造成形プロセスを実行して、前記クラック欠陥領域を形成する。

【0031】

具体的には、例えば一実施例では、第１の割合値を１．２％に設定し、付加製造プロセスを選択的レーザ溶融成形プロセスとして選択し、ＥＯＳ Ｍ２８０という選択的レーザ溶融成形機器を採用し、成形材料は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金であり、対応する第１のプロセスパラメータは以下通りであり、すなわち、第１のレーザ線エネルギ密度が４００Ｊ／ｍであり、第１の走査間隔が０．０７ｍｍであり、第１のストライプ幅が３ｍｍであり、第１のストライプラップが０．１ｍｍであり、第１の粉末敷き詰め層の厚さが０．０２ｍｍ－０．０３ｍｍであり、この実施例は、０．０３ｍｍである。このように得られるクラック欠陥領域の光学顕微鏡写真は、図３に示す通りである。

【0032】

例えば別の実施例では、第１の割合値を０．０７％に設定し、付加製造プロセスは、選択的レーザ溶融成形プロセスであり、ＥＯＳ Ｍ２８０という選択的レーザ溶融成形機器を採用し、成形材料は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金であり、対応する第１のプロセスパラメータは以下通りであり、すなわち、第１のレーザ線エネルギ密度が２３０Ｊ／ｍであり、第１の走査間隔が０．０９ｍｍであり、第１のストライプ幅が１０ｍｍであり、第１のストライプラップが０．０５ｍｍであり、第１の粉末敷き詰め層の厚さが０．０２ｍｍ－０．０３ｍｍであり、この実施例は、０．０３ｍｍである。このように得られるクラック欠陥領域の光学顕微鏡写真は、図４に示す通りである。

【0033】

例えばまた別の実施例では、第１の割合値を０．４３％に設定し、付加製造プロセスは、選択的レーザ溶融成形プロセスであり、ＥＯＳ Ｍ２８０という選択的レーザ溶融成形機器を採用し、成形材料は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金であり、対応する第１のプロセスパラメータは以下通りであり、すなわち、第１のレーザ線エネルギ密度が２７７Ｊ／ｍであり、第１の走査間隔が０．０８ｍｍであり、第１のストライプ幅が５ｍｍであり、第１のストライプラップが０．０７ｍｍであり、第１の粉末敷き詰め層の厚さが０．０２ｍｍ－０．０３ｍｍであり、この実施例は、０．０３ｍｍである。このように得られるクラック欠陥領域の光学顕微鏡写真は、図５に示す通りである。

【0034】

ストライププリントの具体的な方式は、当業者によく知られており、例えば、ＥＯＳ Ｍ２８０という選択的レーザ溶融成形機器の使用マニュアルを参照してもよく、学術論文、例えばＳｕｎ Ｚ，Ｔａｎ Ｘ，Ｔｏｒ Ｓ Ｂ，ｅｔ ａｌ．Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ ｏｆ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ３１６Ｌ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｂｕｉｌｄ ｒａｔｅｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅｓｉｇｎ，２０１６，１０４：１９７－２０４を参照してもよく、ここでこれ以上説明しない。

【0035】

第１の割合値に対応する第１のプロセスパラメータは、試験の方法で得られて、文献資料を調べること、及びフィッティングシミュレーションを行う方式で計算することによっても得られる。一般的には、レーザ体積エネルギ密度に基づいて試験又は計算を行い、体積エネルギ密度は、レーザ線エネルギ密度、粉末敷き詰め層の厚さ、ストライプラップ幅及び走査間隔を含み、体積エネルギ密度が大きいほど、クラックが発生しやすい。その原理は、ストライプラップ幅が大きいほど、走査間隔が小さいほど、発生した体積レーザエネルギ密度が大きくなり、温度勾配が大きくなり、残余応力も大きくなり、最終的に発生したクラックが多くなることである。

【0036】

しかし、発明者は、研究において、第１の割合値が０．０７％－１．２％である場合、第１の走査間隔が０．０７ｍｍ－０．０９ｍｍであり、第１のストライプ幅が３ｍｍ－１０ｍｍであり、第１のストライプラップが０．０５ｍｍ－０．１ｍｍであり、かつ第１の粉末敷き詰めの厚さが０．０２ｍｍ－０．０３ｍｍである範囲内に、クラック欠陥の形成がレーザ線エネルギ密度のみに関連付けられ、且つ式によって迅速に得ることができることを意外に発見した。

【0037】

【数2】

【0038】

ここで、ａは、第１の割合値であり、ηは、第１のレーザ線エネルギ密度である。

【0039】

図６に示すように、第１の割合値及び第１のレーザエネルギ密度の実際値は、式とほぼ一致している。具体的な実際値は、次の表に示す通りであり、

【0040】

【表1】

【0041】

そのため、第１の割合値が０．０７％－１．２％の範囲内に対して、式によって対応する第１のプロセスパラメータを迅速に正確に確定し、製造効率を向上させることができる。

【0042】

また、図３から図５から分かるように、第１の割合値が０．０７％－１．２％の範囲内にも、個別のクラック欠陥のみが存在し、未融合欠陥等の他の欠陥形式が混在することはなく、これによって標準品を製造し、より正確なクラック欠陥を検査する検査パラメータを得ることができる。

【0043】

当業者であれば、理解できるように、以上の実施例では、付加製造プロセスは、選択的レーザ溶融成形プロセスであるが、これに限定されず、クラック欠陥が発生する可能性のある任意の付加製造プロセスのワークであれば、いずれも適用可能であり、材料もＨａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金に限らず、他の材料であってもよい。ここで採用されるＨａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金は、高緻密かつ高精度な成形部材という面で広く応用され、航空宇宙等の分野、例えば航空エンジンのプレスワールノズル、燃料ノズル、タービンブレード等の部品に広く応用される。第１の割合値の範囲を０．０７％－１．２％に設定する有益な効果はさらに、発明者が長期的な実施で見出したものであり、すなわち、第１の割合値の０．０７％－１．２％のクラック欠陥が、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金の選択的レーザ溶融成形の高緻密かつ高精度な成形品に対する影響は最大となる一方、第１の割合値が０．０７％よりも小さい場合、クラック欠陥がない場合とほぼ等しく、ワークの性能に対する影響が限られる。第１の割合値が１．２％よりも大きい場合、通常では熱応力が大きすぎて、成形面の反りが深刻になり、クラック検査を行う必要がなく、直ちに放棄して改めてプリントして製造すればよく、その後にも影響を与えない。理解できるように、以上の記述により、本件の方法を採用して製造される標準品は、第１の割合値０．０７％－１．２％に対応する標定検査信号を正確に標定することができ、それにより、クラック欠陥占有率が０．０７％－１．２％であるワークのクラック欠陥を正確に検査し、特にＨａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金の選択的レーザ溶融成形の高緻密かつ高精度な成形品の非破壊検査に適用されることが明らかになる。理解できるように、本件は、他の材料にも適用可能であり、クラック欠陥が発生する可能性のある他の付加製造プロセスのワークについて、第１の割合値は、０．０７％－１．２％に限らず、他の範囲であってもよい。

【0044】

いくつかの実施例では、本体領域１を有する標準品について、ステップＢは、本体領域の付加製造をさらに含んでもよく、例えば、別の付加製造プロセスによる付加製造をさらに含んでもよく、そのプロセスパラメータは、第２のプロセスパラメータである。一実施例では、この別の付加製造成形プロセスは、選択的レーザ溶融成形プロセスであり、本体領域の材料は、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ合金であり、第２のプロセスパラメータは、１７０Ｊ／ｍ－２００Ｊ／ｍの第２のレーザ線エネルギ密度、０．０８ｍｍ－０．１０ｍｍの第２の走査間隔、４ｍｍ－６ｍｍの第２のストライプ幅、０．０６ｍｍ－０．１０ｍｍの第２のストライプラップ、０．０２ｍｍ－０．０３ｍｍの第２の粉末敷き詰めの厚さを含む。一実施例では、第２のレーザ線エネルギ密度が１８５Ｊ／ｍであり、第２の走査間隔が０．０９ｍｍであり、第２のストライプ幅が５ｍｍであり、第２のストライプラップが０．０６ｍｍであり、第２の粉末敷き詰めの厚さが０．０３ｍｍであり、得られる本体領域の光学顕微鏡写真は、図７に示す通りである。

【0045】

図８を参照すると、一実施例では、付加製造ワーククラックの非破壊検査方法は、
以上の製造方法で製造して得られる標準品１０に対して非破壊検査を行い、標準品１０クラック欠陥の非破壊検査の標定検査信号を得て、クラック欠陥の非破壊検査を明確に反映できる検査パラメータを確定するステップ１と、
前記ステップ１で得られる前記検査パラメータに基づき、前記付加製造ワークに対して前記非破壊検査を行い、前記付加製造ワークの試験検査信号を得て、前記試験検査信号に基づいて前記付加製造ワークのクラック欠陥占有率を得るステップ２と、を含んでもよい。

【0046】

具体的には、例えば工業ＣＴの非破壊検査を行い、まず、標準品１０に対して非破壊検査を行い、クラック欠陥を明瞭に反映できるまで、検査パラメータを調整し、標準品の非破壊検査画像を得る。ステップ２において、ステップ１で得られる工業ＣＴの検査パラメータに基づき、付加製造ワークに対して非破壊検査を行い、試験検査画像を得て、画像に基づいて付加製造ワークのクラック欠陥占有率を得る。理解できるように、非破壊検査は、超音波検査であってもよく、ステップは類似なものであり、検査信号は、波形画像であり、標定検査信号と試験検査信号を比較してフィッティングを行う必要がある。工業ＣＴは、超音波と比べてより直感的であるが、コストもより高い。当業者であれば、理解できるように、以上のステップは、他の非破壊検査方法にも適用可能であり、工業ＣＴ、超音波検査に限定されない。

【0047】

いくつかの実施例では、ステップ１の具体的なステップは、標準品を製造し、続いて非破壊検査を行ってもよい。このようにすれば、計算結果は、より正確で確実となる。しかしながら、このように限定されず、例えば標準品の一括加工購入を事前に依頼し、検査する必要すべきときに非破壊検査を行ってもよい。

【0048】

さらに、いくつかの実施例では、検査方法は、この付加製造ワークに対して力学的テストを行い、前記付加製造ワークの力学的特性を得て、且つさらにこのクラック欠陥占有率とこの力学的特性との関係を得るステップ３をさらに含む。力学的テストは、具体的には、引張、耐久性、疲労等の強度評価試験であってもよく、このようにして得られる性能評価結果は、クラック欠陥とワークの力学的特性との関係を実際に分析して研究することができ、付加製造成形ワーク、例えばＳＬＭ成形ワークの応用に有力な理論的サポートを提供することができる。

【0049】

以上をまとめると、上記実施例を採用して標準品の製造方法、標準品及びクラック欠陥検査方法を提供する有益な効果は、プロセスパラメータ調整の方式によってクラックを有する検査標準品を得て、付加製造ワークのクラック欠陥をよりリアルに反映し、より正確な標定結果及び非破壊検査パラメータを得て、付加製造ワークのクラック欠陥非破壊検査結果の正確性及び信頼性を向上させること、及び、より正確に確実な付加製造ワークのクラック欠陥と付加製造ワークの力学的特性との間の関係を得ることである。

【0050】

本発明は、上記の実施例によって前記の通り開示されるが、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、種々の変更や修正をすることができる。そのため、本発明の技術的解決手段の内容から逸脱しない限り、本発明の技術趣旨に基づいて以上の実施例に対して行われたいかなる修正、等価物による変更及び修飾は、全て本発明の特許請求の範囲に限定される範囲には含まれるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】