激光熔覆成形中熔池表面溫度場的檢測與研究

袁鈺函,楊 啟,閆昭華,支辛蕾,袁自鈞,陳向東

(合肥工業大學 智能制造技術研究院,安徽 合肥 230009)

1 引 言

激光熔覆成形技術是一種以激光為能量源,采用同軸送粉或預鋪粉方式,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。該技術多用于高價值、大型復雜金屬零件的制造、修復及表面改性等,具有熱輸入量少、工件強度高、材料消耗小等優點。在激光熔覆成形過程中,熔池內部存在著復雜的能量、動量和質量的傳輸過程,而熔池的溫度場體現這些量的大小和分布并受之影響,進而直接影響激光熔覆的冶金性能和成形工件的質量。由于熔池溫度高、亮度強、尺寸小、熱過程復雜等原因,給熔池表面溫度場的檢測帶來了很大困難。

近些年,已有部分學者用CCD檢測等方式取得了一些熔池表面溫度場分布的成果。雷劍波等人開發了側向安裝CCD熔池測溫系統[1-3],利用CCD比色測溫原理獲得激光熔池的熱輻射圖,根據綠藍兩通道的輻射強度信號計算得到熔池表面溫度場的分布；黃潔等人利用CCD比色測溫技術[4],側向安裝CCD并對激光熔覆快速成形的熔池溫度進行了實時監測和分析研究；Pavlov等人采用與激光熔覆熔池以一定角度的多波長溫度計和紅外攝像頭[5],分別檢測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