[发明专利]一种基板多点温度监测及变形测量系统及工作方法

说明书

本发明公开了一种基板多点温度监测及变形测量系统及工作方法，本发明的系统通过若干温度传感器实时采集基板上的点温度，通过激光测距传感器实时采集基板的形变数据，能够实现激光/电弧熔丝增材制造工艺成形过程中基板特征点的温度的动态变化历程，同步获得增材成形热累积作用下基板的实时翘曲形变量；本发明能够实时监测所需基板特征点温度随电弧熔丝增材成形过程的动态变化历程和热积累作用下基板的实时定量变化，采样频率可根据实际工况进行调整，温度传感器数量及基板变形传感器数量均不为定数，可根据实际需要来进行增加，系统易于安装调试，无繁杂过程，简便易行，可长时间工作，所保存测量数据无访问限制。

技术领域

本发明属于激光/电弧增材制造领域，具体涉及一种基板多点温度监测及变形测量系统及工作方法。

背景技术

电弧熔丝增材制造技术(Wire and Arc additive Manufacturing,WAAM)和激光熔丝增材制造技术(Wire and Laser Additive Manufacturing，WLAM)是以丝材为原料，通过电弧将丝材逐层熔化堆积形成致密金属零部件的过程。增材制造ASTM F3187-16标准将WAAM技术归类于直接能量沉积(Direct Energy Deposition，DED)技术的一种。根据WAAM工艺热源特性的不同，分为熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding,GMAW)，钨极气体保护焊(Gas Tungsten Arc Welding,GTAW)和等离子气体保护焊(Plasma Arc Welding,PAW)三种。基于GMAW的熔化极方法效率是GTAW和PAW方法的2～3倍。但GMAW因成形过程中电弧直接作用于焊丝会产生更多的烟尘和飞溅。PAW拥有最大的能量密度可以实现高熔点难熔金属大速度成形，同时减少变形。熔丝增材制造工艺在大型构件制造以其高效低成本，广泛受到关注。

WAAM和WLAM工艺制造的构件机械性能在很多情况下可与传统加工的部件相比，甚至超过传统减材及其他增材制造技术，但针对关键构件，必须着力避免增材制造中的成形缺陷。WAAM成形过程中，基板与焊枪之间存在电弧，过高的热输入会引起飞溅，造成夹杂等缺陷，必须避免气孔、高残余应力和裂纹，特别是在极端环境中工作的部件，这些缺陷会导致诸如断裂、高温疲劳之类的失效。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基板多点温度监测及变形测量系统及工作方法，能够用于实时测量成形过程中基板上多点的温度变化历程，同时定量监控成形过程中基板的动态变形扭曲过程，并可以存储多特点及基板变形的实时数据，可为工艺研究提供原始数据支撑，同步可用于验证电弧增材制造温度场仿真及热输入控制等场合。

为了达到上述目的，一种基板多点温度监测及变形测量系统，包括基板，基板上布设有若干温度传感器，基板侧面设置有若干激光测距传感器，温度传感器用于采集基板上的特征点温度，激光测距传感器用于采集基板特征点表面的形变量，所有温度传感器均连接控制器PLC的温度采集模块，所有激光测距传感均连接在控制器PLC的模拟量采集模块，控制器PLC连接计算机，计算机用于实时采集温度传感器和激光测距传感器的数据，并进行显示和储存。

温度传感器采用垫片式热电偶温度传感器。

温度传感器通过螺钉固定在基板上。

控制器PLC通过网络连接计算机。

一种基板多点温度监测及变形测量系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，根据激光/电弧增材制造的需求，在基板上对应位置布设若干温度传感器；

步骤二，在基板侧面布设若干激光测距传感器，按照所需工况使激光测距传感器能够覆盖整个基板特征点；

步骤三，在激光/电弧增材制造时，所有温度传感器持续采集基板上的点温度，激光测距传感器持续采集基板表面的形变量；