Ссылка для цитирования : Алтай Е., Кузиванов Д. О., Рождественский Д. А., Санников М. И., Степанова К. А. Методы фильтрации сигналов акустической эмиссии при контроле дефектообразования в процессе прямого лазерного выращивания изделий // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 10. С. 852—868. DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-10-852-868.

Аннотация. Представлены результаты акустико-эмиссионного контроля дефектообразования в изделиях при прямом лазерном выращивании. Рассмотрены ОСОБЕННОСТИ применения метода акустической эмиссии и обработки результатов регистрации сигналов акустической эмиссии с использованием каскадной полиномиальной цифровой фильтрации. Приведены результаты экспериментальной апробации метода каскадной фильтрации для обнаружения таких дефектов внутренней структуры, как трещины и поры. Выделены фрагменты амплитудно-временных и частотно-временных диаграмм сигналов акустической эмиссии, зарегистрированных при развитии дефектов в процессе выращивания изделий. Выполнена оценка зависимости сигналов акустической эмиссии от параметров дефектообразования. Установлена взаимосвязь между параметрами сигналов акустической эмиссии и мощностью излучения лазера (характеризует процесс дефектообразования), а также содержанием азота в порошке жаропрочного сплава.

Ключевые слова: акустическая эмиссия, контроль дефектообразования, аддитивное производство, прямое лазерное выращивание, фильтрация, мощность лазера, металлография, хром-никелевый сплав, сигнал

Благодарность: исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации программы Научного центра мирового уровня по направлению „Передовые цифровые технологии“ СПбГМТУ (соглашение от 20.04.2022 № 075-15-2022-312).

Список литературы:

1. Ivanov A. D., Minaev V. L., Vishnyakov G. N. Non-destructive optical testing of the products obtained using additive manufacturing // Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2019. Vol. 85. P. 76—82.
2. Ковалевич А. С., Кинжагулов И. Ю., Степанова К. А., Кузиванов Д. О. Экспериментальное исследование параметров акустической эмиссии при циклических испытаниях металлических изделий аддитивного производства // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, №. 2. С. 139—147.
3. Каплан М. А., Кирсанкин А. А., Смирнов М. А., Калайда Т. А., Севостьянов М. А. Содержание примесей в образцах сферических порошков коррозионностойких сталей // Сб. матер. 4-го междисциплинарного науч. форума с международным участием "Новые материалы и перспективные технологии". 2018. С. 130—131.
4. Литунов С. Н., Слободенюк В. С., Мельников Д. В. Обзор и анализ аддитивных технологий. Ч. 1 // Омский научный вестник. 2016. Т. 145, № 1. С. 12—17.
5. Wei Q., Xie Y., Teng Q., Shen M., Sun S., Cai C. Crack types, mechanisms, and suppression methods during high-energy beam additive manufacturing of nickel-based super alloys: a review // Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers. 2022. Vol. 1. P. 100055.
6. Yang G., Xie Y., Zhao S., Qin L., Wang X., Wu B. Quality control: internal defects formation mechanism of selective laser melting based on laser-powder-melt pool interaction: a review // Chinese Journal of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers. 2022. Р. 100037.
7. Попкова И. С. Селективное лазерное плавление как инновационная технология изготовления сложнопрофильных изделий // Сб. XVI междунар. науч.-техн. Уральской школы металловедов-молодых ученых. Ч. 2. Екатеринбург, 2015. С. 276—279.
8. Zhang B., Li Y., Bai Q. Defect formation mechanisms in selective laser melting: a review // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017. Vol. 30. P. 515—527.
9. Grange D., Bartout J. D., Macquaire B., Colin C. Processing a non-weldable nickel-base super alloy by selective laser melting: role of the shape and size of the melt pools on solidification cracking // Materialia. 2020. Vol. 12. P. 100686.
10. Shahwaz M., Nath P., Sen I. A critical review on the microstructure and mechanical properties correlation of additively manufactured nickel-based super alloys // Journal of Alloys and Compounds. 2022. P. 164530.
11. Смирнов М. А., Каплан М. А., Кирсанкин А. А., Калайда Т. А., Севостьянов М. А. Фракционный анализ сферических порошков жаропрочных сплавов // Сб. матер. 4-го междисциплинарного науч. форума с международным участием "Новые материалы и перспективные технологии". 2018. С. 307—310.
12. Каплан М. А., Кирсанкин А. А., Смирнов М. А., Севостьянов М. А. Содержание примесей в сферических порошках из жаропрочных материалов // Сб. матер. 4-го междисциплинарного науч. форума с международным участием "Новые материалы и перспективные технологии". 2018. С. 131—132.
13. Barile C., Casavola C., Pappalettera G., Kannan V. P., Mpoyi D. K. Acoustic emission and deep learning for the classification of the mechanical behavior of AlSi10Mg AM-SLM specimens // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. P. 189.
14. Wang C., Tan X. P., Tor S. B., Lim C. S. Machine learning in additive manufacturing: state-of-the-art and perspectives // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 36. P. 101538.
15. Барат В. А. Развитие метода акустической эмиссии за счет автоматизации обработки данных, повышения помехоустойчивости и достоверности обнаружения трещиноподобных дефектов металлоконструкций: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. М., 2019. 40 с.
16. Altay Y. A., Fedorov A. V., Stepanova K. A. Acoustic emission signal processing based on polynomial filtering method // Proc. of the 2022 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. St. Petersburg, 2022. P. 1320—1326.
17. Алтай Е., Федоров А. В., Степанова К. А., Кузиванов Д. О. Экспериментальное определение значимости статистической оценки параметров, характеризующих вторичные диагностические показатели акустической эмиссии // Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65, №. 10. С. 735—746.
18. Алтай Е., Федоров А. В., Степанова К. А. Оценка взаимосвязи информационных составляющих и помех сигналов акустической эмиссии // Контроль. Диагностика. 2022. Т. 25, № 6. С. 36—45.
19. Чернова В. В. Разработка методики акустико-эмиссионного контроля дефектов на ранней стадии их развития в изделиях из композиционных материалов: Автореф. дис. … канд. техн. наук. Томск, 2017. 21 с.
20. Rastegaeva I. I., Rastegaev I. A., Agletdinov E. A. The comparison of the main time-frequency transformations of spectral analysis of acoustic emission signals // Frontier Materials and Technologies. 2022. N 1. P. 49—60.
21. Altay Y. A., Kremlev A. S. Comparative analysis of ECG signal processing methods in the time-frequency domain // Proc. of the 2018 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. 2018. P. 1058—1062.
22. Altay Y. A., Kuzivanov D. O. Descriptive analysis and acoustic emission signals parameters assessments: signal processing data // Proc. of the 2023 IEEE Conf. of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering. St. Petersburg, 2023. P. 1320—1326.
23. Zakharov L. А., Martyushev D. А., Ponomareva I. N. Predicting dynamic formation pressure using artificial intelligence methods // Journal of Mining Institute. 2022. Vol. 253. P. 23—32.
24. Elforjani M., Shanbr S. Prognosis of bearing acoustic emission signals using supervised machine learning // IEEE Transactions on industrial electronics. 2018. Vol. 65, N 7. P. 5864—5871.
25. Smirnov M. A., Kaplan M. A., Sevostyanov M. A. Receiving finely divided metal powder by inert gas atomization // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2018. Vol. 347. P. 012033.
26. Smirnov M. A., Kaplan M. A., Kirsankin A. A., Kalaida T. A., Nasakina E. O., Sevostyanov M. A. Investigation of the properties of heat-resistant spherical powders // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 525. P. 012076.
27. Tempelman J. R., Wachtor A. J., Flynn E. B., Depond P.J., Forien J. B., Guss G. M., Matthews M. J. Detection of keyhole pore formations in laser powder-bed fusion using acoustic process monitoring measurements // Additive Manufacturing. 2022. Vol. 55. P. 102735.
28. Прямое лазерное выращивание [Электронный ресурс]: .
29. Barile C., Casavola C., Pappalettera G., Vimalathithan P. Acoustic emission descriptors for the mechanical behavior of selective laser melted samples: an innovative approach // Mechanics of materials. 2020. Vol. 148. P. 103448.
30. Pandiyan V., Drissi-Daoudi R., Shevchik S., Masinelli G., Loge R., Wasmer, K. Analysis of time, frequency and time-frequency domain features from acoustic emissions during laser powder-bed fusion process // Procedia CIRP. 2020. Vol. 94. P. 392—397.
31. Pandiyan V., Drissi-Daoudi R., Shevchik S., Masinelli G., Le-Quang T., Loge R., Wasmer K. Semi-supervised monitoring of laser powder bed fusion process based on acoustic emissions // Virtual and Physical Prototyping. 2021. Vol. 16. P. 481—497.
32. Алтай Е. А., Кремлев А. С. Оценка точности обработки электрокардиосигнала методом каскадной широкополосной режекторной фильтрации // Вестн. Российского нового университета. Сер.: Сложные системы: модели, анализ и управление. 2020. № 2. С. 18—28.
33. Растегаев И. А. Мерсон Д. Л., Растегаева И. И. Подходы к анализу шумоподобной акустической эмиссии при беспороговом режиме ее регистрации // Сб. матер. Всерос. конф. „Актуальные проблемы метода акустической эмиссии“. Тольятти, 2018. С. 103—104.
34. Махутов Н. А., Иванов В. И., Соколова А. Г., Васильев И. Е., Чернов Д. В., Скворцов Д. Ф., Бубнов М. А. Мониторинг разрушения волокон композитных материалов с применением системы акустической эмиссии, виброанализатора и высокоскоростной видеосъемки // Дефектоскопия. 2020. № 12. С. 14—23.
35. Фролов А. В., Мухина И. Ю., Дуюнова В. А., Уридия З. П. Влияние легирующих элементов и структурных факторов на жаропрочность магниевых сплавов // Тр. ВИАМ. 2015. № 9. С. 57—63.
36. Zhang W., Jia H., Gao G., Cheng X., Du P., Xu D. Backing layers on electroacoustic properties of the acoustic emission sensors // Applied Acoustics. 2019. Vol. 156. P. 387—393.