激光熔覆成形中熔池表面温度场的检测与研究

袁钰函,杨 启,闫昭华,支辛蕾,袁自钧,陈向东

(合肥工业大学 智能制造技术研究院,安徽 合肥 230009)

1 引 言

激光熔覆成形技术是一种以激光为能量源,采用同轴送粉或预铺粉方式,在基体上逐层熔覆材料粉末,从而生成立体工件的成形技术。该技术多用于高价值、大型复杂金属零件的制造、修复及表面改性等,具有热输入量少、工件强度高、材料消耗小等优点。在激光熔覆成形过程中,熔池内部存在着复杂的能量、动量和质量的传输过程,而熔池的温度场体现这些量的大小和分布并受之影响,进而直接影响激光熔覆的冶金性能和成形工件的质量。由于熔池温度高、亮度强、尺寸小、热过程复杂等原因,给熔池表面温度场的检测带来了很大困难。

近些年,已有部分学者用CCD检测等方式取得了一些熔池表面温度场分布的成果。雷剑波等人开发了侧向安装CCD熔池测温系统[1-3],利用CCD比色测温原理获得激光熔池的热辐射图,根据绿蓝两通道的辐射强度信号计算得到熔池表面温度场的分布；黄洁等人利用CCD比色测温技术[4],侧向安装CCD并对激光熔覆快速成形的熔池温度进行了实时监测和分析研究；Pavlov等人采用与激光熔覆熔池以一定角度的多波长温度计和红外摄像头[5],分别检测了熔池中心处和熔池两条互相垂直的中心线上的温度分布情况,但未得出熔池表面完整的温度场