激光熔覆成形中熔池表面溫度場的檢測(cè)與研究

袁鈺函,楊 啟,閆昭華,支辛蕾,袁自鈞,陳向東

(合肥工業(yè)大學(xué) 智能制造技術(shù)研究院,安徽 合肥 230009)

1 引 言

激光熔覆成形技術(shù)是一種以激光為能量源,采用同軸送粉或預(yù)鋪粉方式,在基體上逐層熔覆材料粉末,從而生成立體工件的成形技術(shù)。該技術(shù)多用于高價(jià)值、大型復(fù)雜金屬零件的制造、修復(fù)及表面改性等,具有熱輸入量少、工件強(qiáng)度高、材料消耗小等優(yōu)點(diǎn)。在激光熔覆成形過程中,熔池內(nèi)部存在著復(fù)雜的能量、動(dòng)量和質(zhì)量的傳輸過程,而熔池的溫度場體現(xiàn)這些量的大小和分布并受之影響,進(jìn)而直接影響激光熔覆的冶金性能和成形工件的質(zhì)量。由于熔池溫度高、亮度強(qiáng)、尺寸小、熱過程復(fù)雜等原因,給熔池表面溫度場的檢測(cè)帶來了很大困難。

近些年,已有部分學(xué)者用CCD檢測(cè)等方式取得了一些熔池表面溫度場分布的成果。雷劍波等人開發(fā)了側(cè)向安裝CCD熔池測(cè)溫系統(tǒng)[1-3],利用CCD比色測(cè)溫原理獲得激光熔池的熱輻射圖,根據(jù)綠藍(lán)兩通道的輻射強(qiáng)度信號(hào)計(jì)算得到熔池表面溫度場的分布；黃潔等人利用CCD比色測(cè)溫技術(shù)[4],側(cè)向安裝CCD并對(duì)激光熔覆快速成形的熔池溫度進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析研究；Pavlov等人采用與激光熔覆熔池以一定角度的多波長溫度計(jì)和紅外攝像頭[5],分別檢測(cè)了熔池中心處和熔池兩條互相垂直的中心線上的溫度分布情況,但未得出熔池表面完整的溫度場