[发明专利]一种激光熔覆过程熔池温度在线监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆过程熔池温度在线监测装置及方法，其装置包括惰性气体保护装置、激光控制系统、红外测温仪夹具、红外测温仪和伺服工作台，以及与红外测温仪连接的数据采集器和与数据采集器相接的计算机；其方法分为跟踪监测和定点监测两种方法，能有效对激光熔覆过程中熔池温度进行跟踪监测和在线实时显示，并能够对某一定点位置的快速加热和快速冷却过程温度进行监测和在线实时显示，使用时，根据需要进行不同方法的选择，本发明设计新颖合理，实现方便且成本低，为优化激光熔覆过程和提高熔覆质量奠定基础。

技术领域

本发明涉及激光熔覆过程温度在线实时监测领域，具体为一种激光熔覆过程熔池温度在线监测装置及方法。

背景技术

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被熔覆基体表面预置涂层材料，经激光照射形成与基体冶金结合良好并且稀释率较低的表面熔覆层，从而显著改善基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等的一种表面强化技术，该技术在复杂零件制造、航空航天、零件修复、武器和医疗器械制造等领域具有广阔的应用前景。

激光熔覆过程是一个复杂的动力学热传导过程，激光照射粉末，粉末受热熔化聚拢形成熔池，随着熔覆层数的增加，当工件吸收的热量超过热损失时，温度就会升高，如果超过熔覆工艺的要求，不仅会影响零件的精度和表面质量，还会引起熔覆层微裂纹，严重时导致整个工件熔化，由此可见，激光温度决定了熔池中的物理化学反应，直接影响到熔池的形状以及熔覆层的组织性能，因此，对熔池温度进行实时监测是提升熔覆质量最简单直观的方法，通过对熔池温度进行监测并反馈来优化激光熔覆过程。

现有技术中，一般采用同轴和旁轴两种安装方式对凝固过程和熔池进行检测。现有的旁轴熔池温度监测仪器未设计专用可调角度的夹具进行固定，不可避免的会造成监测仪器的晃动；由于工件形状不同，不能灵活设计监测角度；存在不同尺寸的工件红外测温仪需要重新安装，拆装繁琐，影响效率等现状。同时，目前采用的监测方法虽然针对的是熔池温度，但采集到的信号大多是电压或者电流信号，无法测量出熔池最高温度值；没有对任意点位置的快速加热和快速冷却过程进行定点监测，对后续的激光熔覆成形过程熔池温度的闭环控制结果带来相对不准确的理论参考依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种激光熔覆过程熔池温度在线监测装置，其设计新颖合理，实现方便且成本低，工作稳定性和可靠性高，能够实现跟踪监测和定点监测两种功能，能够为优化激光熔覆过程和提高熔覆质量奠定基础，实用性强，推广应用价值高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种激光熔覆过程熔池温度在线监测装置，包括惰性气体保护装置、激光控制系统、红外测温仪夹具、红外测温仪和伺服工作台，以及与红外测温仪连接的数据采集器和与数据采集器相接的计算机；

所述惰性气体保护装置包括氩气瓶和与氩气瓶连接的输气管道，所述输气管道的端部连接有用于输出氩气的喷嘴，所述输气管道上设置有流量阀；

所述红外测温仪夹具包括连接板和安装于连接板一侧的箱体，以及贯穿连接板和箱体的传动轴，所述传动轴的一端穿出箱体且连接有用于指示激光熔覆用激光束与空间直角坐标系Z轴角度的第一指针，所述箱体上固定连接有位于第一指针底部的第一刻度盘，所述传动轴的另一端穿出连接板且与红外测温仪连接，所述箱体内设置有用于带动传动轴转动的动力机构；

所述激光控制系统包括激光头和与激光头连接的激光控制器，所述激光头上设置有激光指示灯，所述激光控制器与计算机连接；

所述伺服工作台位于激光头的正下方且用于放置待激光熔覆工件，所述喷嘴位于待激光熔覆工件的一侧斜上方，所述红外测温仪位于待激光熔覆工件的另一侧斜上方；所述待激光熔覆工件包括基体和设置在基体上的预置粉末涂层，所述预置粉末涂层上设置有激光熔覆轨迹。