[发明专利]温度控制系统及方法

说明书

本发明提出一种温度控制系统及方法，该发明用于增材制造或焊接技术中对工件的加热，包括可安装工件并呈蜂窝状的支架，安装于支架上的多个加热单元和多个可采集工件温度的测温器，其中，加热单元呈阵列式设置于支架上，测温器旁设于加热单元的侧边；每个加热单元外连有可调节加热单元中加热功率的上位机，上位机连接测温器，以收集测温器采集的温度信号。该发明通过实时采集工件局部的具体温度而适应性地进行温度补偿，实现了工件各部位温度的实时控制。

技术领域

本发明涉及金属增材制造及焊接工艺，尤其涉及增材制造及焊接工艺中工件的温度控制。

背景技术

在进行金属焊接加工或增材制造时，工件内部会产生不均匀热应力，导致工件变形或开裂。为了减小应力，通常采取对工件进行焊前预热及焊后缓冷工艺，以避免过大的温度梯度。目前，现有的一些工装本身具有加热和保温功能，在粉末床增材制造中，粉末床的底板通常也具有加热功能。但是，这些加热装置通常对工件底面各部位整体均匀加热，工件焊接或增材时，各部位温度差异很大，温度梯度也不相同。

中国发明专利CN 105666866 A中公开了一种选择性区域温度控制构建板，该发明具体公开了以下内容：构建板包括：多个单元，每个单元具有接触板和温度控制模块；所述接触板形成所述构建板的上表面的至少一部分，在所述至少一部分上制造有制品。控制器与所述温度控制模块通信且控制相应的温度控制模块的温度。所述多个单元允许在所述构建板的上表面的选择性的温度控制，允许所述制品的部分被选择地冷却或加热。

上述选择性区域温度控制构建板，虽然可选择性的对工件进行加热或冷却，但是其具有一定的局限性：一是，通过接触板方式加热温度低，对一些需要高温退火的材料无法有效减小温度梯度，实现降低应力的效果；二是，温度测量是间接式，采集的是加热单元的加热温度，而非工件本体的温度，无法实时反应工件的真实温度状况；三是，加热单元采用均匀功率加热一方面造成能源浪费，另外有可能导致工件局部温度过高，组织异常长大。因此，上述方法不能以较小热量实现工件内部各部位温度与应力的平衡。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种温度控制系统及方法，该发明通过实时采集工件局部的具体温度而适应性地进行温度补偿，实现了工件内部各部位温度与应力的平衡。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种温度控制系统，用于金属增材制造或焊接技术中工件的加热，包括可安装工件并呈蜂窝状的支架，安装于支架上的多个加热单元和多个可采集工件温度的测温器，其中，加热单元呈阵列式设置于支架上，测温器旁设于加热单元的侧边；每个加热单元外连有可调节加热单元中加热功率的上位机，上位机连接测温器，以收集测温器采集的温度信号。

作为本发明的进一步优化，加热单元的底部嵌入至支架内，加热单元内设有可为工件加热的加热体，加热体的顶部设置有可与安装后工件底面相贴合的云母板，加热体的底部填充有可防止热量散失的隔热保温棉，隔热保温棉的中部设置有可带动加热体上下浮动的碟簧，碟簧的底部设置有可限定碟簧下限位的弹簧卡；工件置于加热单元的云母板上，在碟簧的作用下，工件的底部与云母板相贴合。

作为本发明的进一步优化，加热体为电阻加热体、红外加热体、电磁感应加热体。

作为本发明的进一步优化，测温器为螺钉式温度传感器。

作为本发明的进一步优化，螺钉式传感器的底部设置有弹簧，以带动螺钉式传感器在支架内上下浮动。

作为本发明的进一步优化，测温器为设置于支架内或设置于工件上方进行非接触式测量的红外测温仪或红外CCD相机的其中一种。

作为本发明的进一步优化，支架上设置有可连接加热单元和测温器的电连接器。

一种温度控制方法，使用上述任一种温度控制系统，包括以下步骤：