zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2025-91-4-36-43zldm-2461Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLКонтроль сварных соединений стали 12Х18Н10Т, изготовленных селективным лазерным плавлениемNon-destructive testing of welded joints of 12Kh18N10T steel made by selective laser meltingЩербаковВ. А.ShcherbakovV. A.

Владимир Антонович Щербаков,

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1.

Vladimir A. Shcherbakov,

4-1, Leninsky prosp., Moscow, 119049.

РогачевС. О.RogachevS. O.

Станислав Олегович Рогачев,

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1.

Stanislav O. Rogachev,

4-1, Leninsky prosp., Moscow, 119049.

csaap@mail.ruНИТУ МИСИСРоссияNational University of Science and Technology MISISRussian Federation2025250420259143643Copyright © Щербаков В.А., Рогачев С.О., 20252025Щербаков В.А., Рогачев С.О.Shcherbakov V.A., Rogachev S.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2461

Размеры изделий, получаемых аддитивными технологиями, ограничены рабочей камерой 3D-принтера. Проблему масштабирования изделий можно решить комбинацией аддитивных методов и лазерной сварки. В работе представлены результаты оценки качества сварных соединений с использованием неразрушающих методов контроля. Исследовали пластины из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т (AISI 321) размером 100 × 100 × 5 мм и трубы с толщиной стенки 6 мм, изготовленные методом селективного лазерного плавления. Для анализа дефектности использовали методы рентгеновской компьютерной томографии, цифровой радиографии и ультразвукового контроля. Установлено, что наличие пор и несплавлений в свариваемых заготовках приводит к возникновению локальной пористости в сварном шве. Цифровой радиографией выявлена разница в формировании негативного и позитивного контраста рентгенограмм. Показано, что применение цифровой обработки рентгенограмм позволяет значительно улучшить качество изображения (увеличение контраста изображения в 7 – 8 раз) и повысить выявляемость дефектов. Кроме того, метод ультразвукового контроля дает возможность качественного определения наличия дефектов в сварном соединении, но не дает количественной оценки их характеристик вследствие сильно выраженной анизотропии акустических свойств материала. Полученные результаты могут быть использованы при контроле качества изделий аддитивного производства, в частности сварных соединений коррозионностойких хромоникелевых сталей в изделиях аэрокосмического назначения.

The dimensions of products obtained by additive technologies are limited by the working chamber of the 3D printer. The solution to the problem of scaling products is possible through a combination of additive methods and laser welding. The paper presents the results of quality assessment of welded joints using non-destructive testing methods. The objects of the study were plates made of corrosion-resistant steel 12Kh18N10T (AISI 321) measuring 100 × 100 × 5 mm and pipes with a wall thickness of 6 mm, manufactured by selective laser melting. X-ray computed tomography, digital radiography and ultrasonic testing were used to analyze defects. It was shown that the presence of pores and lack of fusion in welded workpieces leads to the occurrence of local porosity in the weld. The digital radiography revealed the difference in the formation of negative and positive contrast of radiographs. Digital post-processing methods were applied to improve the quality of radiographs (increase in image contrast by 7 – 8 times) and to increase the detection of defects. It was established that the ultrasonic testing method allows for the qualitative determination of the presence of defects in a welded joint, but does not provide a quantitative assessment of their characteristics due to the strongly expressed anisotropy of the acoustic properties of the material. The obtained results can be used to solve the general problem of quality control of additive manufactured products, in particular, in the control of welded joints of corrosion-resistant chromium-nickel steels for aerospace products.

селективное лазерное плавлениелазерная сваркарентгеновская компьютерная томографияцифровая радиографияультразвуковой контрольцифровая обработкаselective laser meltinglaser weldingX-ray computed tomographydigital radiographyultrasonic testingdigital processingReferencesGardner L. Metal additive manufacturing in structural engineering — review, advances, opportunities and outlook / Structures. 2023. Vol. 47. P. 2178 – 2193. DOI: 10.1016/j.istruc.2022.12.039Gardner L. Metal additive manufacturing in structural engineering — review, advances, opportunities and outlook / Structures. 2023. Vol. 47. P. 2178 – 2193. DOI: 10.1016/j.istruc.2022.12.039Sghaier T., Sahlaoui H., Mabrouki T., et al. Selective laser melting of stainless-steel: a review of process, microstructure, mechanical properties and post-processing treatments / Int. J. Mater. Forming. 2023. Vol. 16. Art. No. 41. DOI: 10.1007/s12289-023-01769-wSghaier T., Sahlaoui H., Mabrouki T., et al. Selective Laser melting of stainless-steel: a review of process, microstructure, mechanical properties and post-processing treatments / Int. J. Mater. Forming. 2023. Vol. 16. Art. No. 41. DOI: 10.1007/s12289-023-01769-wMansoura A., Omidi N., Barka N., et al. Selective laser melting of stainless steels: a review of process, microstructure and properties / Metals Mater. Int. 2024. Vol. 30. P. 2343 – 2371. DOI: 10.1007/s12540-024-01650-8Mansoura A., Omidi N., Barka N., et al. Selective laser melting of stainless steels: a review of process, microstructure and properties / Metals Mater. Int. 2024. Vol. 30. P. 2343 – 2371. DOI: 10.1007/s12540-024-01650-8Zhai W., Zhou W., Zhu Z., Nai S. Selective laser melting of 304L and 316L stainless steels: a comparative study of microstructures and mechanical properties / Steel Res. Int. 2022. Vol. 93. No. 7. Art. No. 2100664. P. 1 – 11. DOI: 10.1002/srin.202100664Zhai W., Zhou W., Zhu Z., Nai S. Selective laser melting of 304L and 316L stainless steels: a comparative study of microstructures and mechanical properties / Steel Res. Int. 2022. Vol. 93. No. 7. Art. No. 2100664. P. 1 – 11. DOI: 10.1002/srin.202100664Makarov A. V., Kuznetsov V. P., Sirosh V. A., et al. Structural and micromechanical properties of 316L stainless steel produced by selective laser melting / IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 1008. Art. No. 012005. P. 1 – 6. DOI: 10.1088/1757-899X/1008/1/012005Makarov A. V., Kuznetsov V. P., Sirosh V. A., et al. Structural and micromechanical properties of 316L stainless steel produced by selective laser melting / IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 1008. Art. No. 012005. P. 1 – 6. DOI: 10.1088/1757-899X/1008/1/012005Лившиц Л. С., Хакимов А. Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. — М.: Машиностроение, 1989. — 336 с.Livshits L. S., Khakimov A. N. Metal science of welding and heat treatment of welded joints. — Moscow: Mashinostroenie, 1989. — 336 p. [in Russian].Симонов Е. Н., Виноградов К. М., Горожанкин А. Н. и др. Разработка и моделирование алгоритма реконструкции трехмерных изображений в рентгеновской компьютерной томографии с конусным пучком излучения для неразрушающего контроля при аддитивной технологии / СТИН. 2024. № 3. С. 8 – 13.Simonov E. N., Vinogradov K. M., Gorozhankin A. N., et al. Development and modeling of an algorithm for reconstructing three-dimensional images in X-ray computed tomography with a cone beam of radiation for non-destructive testing in additive technology / STIN. 2024. No. 3. P. 8 – 13 [in Russian].Величко Е. И., Приходько М. Г., Нижник А. Е. Контроль сварных соединений методами неразрушающего контроля / Научные труды КубГТУ. 2016. № 6. С. 57 – 66.Velichko E. I., Prikhod’ko M. G., Nizhnik A. E. Control of welded joints by non-destructive testing methods / Nauch. Tr. KubGTU. 2016. No. 6. P. 57 – 66 [in Russian].Косарина Е. И., Михайлова Н. А., Крупнина О. А., Демидов А. А. Радиографический контроль сварных соединений в системах ГОСТ и ISO / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 6. С. 37 – 41. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-6-37-41Kosarina E. I., Mikhaylova N. A., Krupnina O. A., Demidov A. A. X-ray control of welded joints according to GOST and ISO systems / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2019. Vol. 85. No. 6. P. 37 – 41 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-6-37-41Мишакин В. В., Клюшников В. А. Исследование сварного соединения из стали 12Х18Н10Т акустическим и магнитным методами / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 6. С. 32 – 35.Mishakin V. V., Klyushnikov V. A. Study of a welded joint of 12Kh18N10T steel using acoustic and magnetic methods / Inorg. Mater. 2018. Vol. 54. P. 1498 – 1502. DOI: 10.1134/S0020168518150153Михайлова Н. А., Косарина Е. И., Демидов А. А., Суворов П. В. Радиационный контроль заготовок, выполненных по аддитивной технологии, методом цифровой радиографии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 10. С. 48 – 53. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-10-48-53Mikhaylova N. A., Kosarina E. I., Demidov A. A., Suvorov P. V. Radiation control of blanks manufactured using additive technology by digital radiography / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. Vol. 88. N 10. P. 48 – 53 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-10-48-53Sudhagar S., Sakthivel M., Daniel S. Application of image processing to radiographic image for quantitative assessment of friction stir welding quality of aluminium 2024 alloy / Measurement. 2020. Vol. 152. Art. No. 107294. P. 1 – 8. DOI: 10.1016/j.measurement.2019.107294Sudhagar S., Sakthivel M., Daniel S. Application of image processing to radiographic image for quantitative assessment of friction stir welding quality of aluminium 2024 alloy / Measurement. 2020. Vol. 152. Art. No. 107294. P. 1 – 8. DOI: 10.1016/j.measurement.2019.107294Prokop M., Neitzel U., Schaefer-Prokop C. Principles of image processing in digital chest radiography / J. Thoracic Imaging. 2003. Vol. 18. P. 148 – 164. DOI: 10.1097/00005382-200307000-00004Prokop M., Neitzel U., Schaefer-Prokop C. Principles of image processing in digital chest radiography / J. Thoracic Imaging. 2003. Vol. 18. P. 148 – 164. DOI: 10.1097/00005382-200307000-00004Zheng F., Dong B., Hong S., et al. A 2D rapid quantitative method for wetting and drying process in cementitious materials based on X-ray radiography / Measurement. 2024. Vol. 237. Art. No. 115122. P. 1 – 11. DOI: 10.1016/j.measurement.2024.115122Zheng F., Dong B., Hong S., et al. A 2D rapid quantitative method for wetting and drying process in cementitious materials based on X-ray radiography / Measurement. 2024. Vol. 237. Art. No. 115122. P. 1 – 11. DOI: 10.1016/j.measurement.2024.115122Redlich U., Hoeschen C., Doehring W. Assessment and optimization of the image quality of chest-radiography systems / Radiation Protection Dosimetry. 2005. No. 114. P. 264 – 268. DOI: 10.1093/rpd/nch559Redlich U., Hoeschen C., Doehring W. Assessment and optimization of the image quality of chest-radiography systems / Radiation Protection Dosimetry. 2005. No. 114. P. 264 – 268. DOI: 10.1093/rpd/nch559Lo W. Y., Puchalski S. M. Digital image processing / Veterinary Radiology & Ultrasound. 2008. Vol. 49. P. 42 – 47. DOI: 10.1111/j.1740-8261.2007.00333.xLo W. Y., Puchalski S. M. Digital image processing / Veterinary Radiology & Ultrasound. 2008. Vol. 49. P. 42 – 47. DOI: 10.1111/j.1740-8261.2007.00333.xКамышанская И. Г. Постобработка цифровых рентгенограмм в практике рентгенолога / Медицинская визуализация. 2017. № 1. С. 116 – 128. DOI: 10.24835/1607-0763-2017-1-116-128Kamyshanskaya I. G. Post-processing of digital radiographs in the practice of radiologist / Medical Visualization. 2017. No. 1. P. 116 – 128. DOI: 10.24835/1607-0763-2017-1-116-128Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 663 с.Grigoryants A. G., Shiganov I. N., Misyurov A. I. Technological processes of laser processing. — Moscow: MGTU im. N. E. Baumana, 2006. — 663 p. [in Russian].Steen W. M. Laser material processing. — London: Springer, 2003. — 408 p.Steen W. M. Laser material processing. — London: Springer, 2003. — 408 p.Bergstrom D., Powell J., Kaplan A. Light absorption by rough metal surfaces. Three-dimensional ray tracing analysis / Proc. of the 26th Int. Conf. Congress on the application of lasers and electro-optics. — Orlando, 2007. P. 704 – 713.Bergstrom D., Powell J., Kaplan A. Light absorption by rough metal surfaces. Three-dimensional ray tracing analysis / Proc. of the 26th Int. Conf. Congress on the application of lasers and electro-optics. — Orlando, 2007. P. 704 – 713.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.