[发明专利]一种基于扫描速度的PDF反馈控制提高熔覆质量的方法

说明书

本申请涉及激光熔覆和反馈控制领域，尤其是一种基于扫描速度的PDF反馈控制提高熔覆质量的方法。利用红外测温仪对激光熔覆过程中形成的熔池进行温度测量，并将测得的温度信号放大后经过模数转换输入控制系统，通过系统中的PDF算法对激光扫描速度进行反馈控制，使熔池的温度趋于稳定，进而减少熔覆层裂纹缺陷的产生。本发明利用熔池的温度信号结合PDF算法来反馈控制激光扫描速度，避免因熔池温度波动过大而产生的熔覆层不平整均匀的现象。能够有效提高熔池温度的稳定性，从而优化单道激光熔覆层的质量。

技术领域

本申请涉及激光熔覆和反馈控制领域，尤其是一种基于扫描速度的PDF反馈控制提高熔覆质量的方法。利用红外测温仪记录熔池的温度，结合PDF算法调节扫描速度的大小从而控制熔覆层宽度，解决了温度过高而出现的熔覆层不均匀的情况。

背景技术

激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，是指在激光束作用下将合金粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自冷却形成稀释率低，与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。但是目前熔覆质量低，具体表现在孔隙率大，熔道不均匀等方面，限制其在生产制造中的广泛使用。

熔池层不均匀是导致工件成型质量不高、内部气孔等缺陷严重的重要原因，传统激光增材过程中设定扫描速度后，以恒定的速度直至工件成型。恒定速度下熔覆层的宽度不均匀，熔覆层深度方向起伏较大，从而影响工件质量。

传统的反馈控制系统多采用PID控制，PDF反馈控制与常规的PID控制有某些相同之处，但较好地克服了PID控制的微分突变、启动回绕等缺陷，具有响应快、跟踪准确等特点。其输出比较平滑，极少出现失控和振荡现象，抗干扰性能良好，算法较容易实现，需要调试的参数很少，而且对于大多数系统来说，是一种最优控制。与一些复杂的控制算法相比，伪微分反馈控制算法显得相当简便而可靠。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于扫描速度的PDF反馈控制提高熔覆质量的方法，其特征在于：利用红外测温仪对激光熔覆过程中形成的熔池进行温度测量，并将测得的温度信号放大后经过模数转换输入PC端的控制系统，通过控制系统中的PDF算法对激光扫描速度进行反馈控制，使熔池的温度趋于稳定，进而减少熔覆层裂纹缺陷的产生。本发明利用熔池的温度信号结合PDF算法来反馈控制激光扫描速度，避免因熔池温度波动过大而产生的熔覆层不平整均匀的现象。能够有效提高熔池温度的稳定性，从而优化单道激光熔覆层的质量。

本发明采用的技术方案，具体步骤如下：

(1)设置激光熔覆工艺参数。预置铺粉，分别采用不同的激光扫描速度进行单道次激光熔覆预实验并进行熔池温度测量；

(2)激光熔覆过程中记录熔池的温度信息，在不同的激光扫描速度的前提下，绘制以时间为横坐标，熔池温度为纵坐标的曲线，观察熔池温度的波动情况；

(3)将实验采集到的温度信号通过A/D转换器输入到PC端的控制系统中，PC端的控制系统与红外测温仪的接线板相连，储存所得到的信号，在PC端的控制系统中预设扫描速度的取值范围；

(4)将相较之下，最为平整光滑的单道熔覆层的温度信号值作为基准；当调节扫描速度进行再次熔覆时，以输入控制系统的信号值与基准值之间的差值作为参照对象，通过PDF实时控制扫描速度，调控扫描速度后再熔覆的工艺有效避免了温度过高而出现的熔覆层不均匀的情况，使熔池的温度趋于稳定，进而减少熔覆层裂纹缺陷的产生。

步骤(1)中的温度测量是将红外测温仪放置于激光头的一侧，在进行激光熔覆的过程中随着激光头同轴移动，沿着熔覆路径的方向记录下温度。

步骤(3)中，所述预设扫描速度的取值范围是指在不同激光扫描速度进行单道次激光熔覆预实验后，肉眼判断成行质量相对好的速度范围。