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      技術文章

      當前位置:首頁技術文章激光金屬沉積(LMD)裂紋檢測:實時溫度曲線準確識別裂紋位置

      激光金屬沉積(LMD)裂紋檢測:實時溫度曲線準確識別裂紋位置

      更新時間:2025-05-06點擊次數:317

      本篇文章主要分享利用紅外單色高溫計IGA320/23-LO(IMP)對(工業級)激光金屬沉積(LMD)過程中的裂紋進行實時在線檢測的方法。激光金屬沉積技術是一種先進的增材制造技術,但在制造過程中容易產生裂紋和氣泡等缺陷,這些缺陷如果未及時檢測和修復,可能造成嚴重的損失。

      通過設計一個實驗平臺,利用IMP對316L奧氏體不銹鋼LMD樣品上的模擬裂紋進行了檢測實驗。研究發現,通過IMP記錄的溫度變化曲線能夠準確識別裂紋位置,并且裂紋深度越大,記錄的溫度峰值也越高。因此,論文提出的方法能夠實時監控LMD過程中的裂紋生成、大小和位置,從而及時發現并消除缺陷。

      具體而言,論文的研究成果和方法特點包括:

      裂紋檢測原理:
      激光金屬沉積過程中,熔池表面高溫快速冷卻導致產生大的溫度梯度,從而產生熱應力和結構應力,這些應力疊加導致裂紋的產生。IMP通過監測沉積表面的溫度變化,可實時檢測出這些裂紋。


      實驗方法與裝置:

      構建了實時在線的IMP檢測裝置,通過步進電機控制掃描,采集樣品表面不同位置的溫度數據。溫度的明顯變化可以表明裂紋的存在。

      一、IGAR 12-LO高精度紅外雙色高溫計

      測溫場景:

      • 應用場景:
        在早期的激光金屬沉積(LMD)缺陷檢測研究中,研究者利用IGAR 12-LO雙色高溫計掃描樣品表面,以探測可能存在的缺陷(如裂紋)導致的溫度變化。

      • 具體測量情況:
        當試件表面溫度處于385至450 °C時,若表面存在裂紋等缺陷,用該雙色高溫計掃描時能夠捕獲到由缺陷引起的溫度變化。

      • 存在的問題:

        • 此類雙色高溫計價格昂貴,增加了設備的使用成本,尤其在工業生產中不利于大規模普及應用。

        • 測溫范圍為350–1300 °C,如果LMD制造的樣品較大,其表面溫度常常低于350 °C,此時IGAR 12-LO雙色高溫計無法實施測溫。

        1. 溫度測量范圍局限:

        2. 成本問題:


      二、紅外單色高溫計 (Infrared Monochrome Pyrometer, IMP)

      測溫場景:

      • 應用場景:


        本論文重點研究了一種新型的裂紋在線檢測方法,采用IMP實時監測激光金屬沉積過程中的溫度變化,以準確判斷裂紋的生成及其具體位置與尺寸。


      • 實驗平臺與實際測量過程:

        1. 將紅外單色高溫計(型號為IGA320/23-LO IMPAC® Pyrometer)安裝于LMD噴嘴一側,通過步進電機控制光學探頭掃描試件表面。

        2. 試驗中,在溫控加熱爐基板上放置激光沉積制備的316L奧氏體不銹鋼試件。采用底部加熱電阻絲,使試件底部維持在約175至230 °C,輔助加熱保證一定基底溫度。

        3. 實驗利用光學探頭掃描試件表面,實時采集溫度數據。當掃描到試件表面模擬裂紋缺陷位置時,會出現明顯的溫度峰值變化。

      • 具體測量情況與效果:

        • 在掃描過程中,無缺陷表面溫度變化較為平穩,溫差不超過5 °C。

        • 當表面存在裂紋時,探測位置的溫差可高達約30 °C,出現明顯溫度峰值,利用這一特征能夠準確定位裂紋。

        • 實驗模擬了4條寬度與深度各異的裂紋,證實裂紋深度越大,記錄的溫度峰值越高。

        • 該測量系統可實現對裂紋位置、尺寸和深度的實時監測,有效地避免了以往技術中的局限性,如高成本、環境危害和外界干擾等問題。


      兩款高溫計測溫場景對比總結:

      對比維度

      IGAR 12-LO雙色高溫計

      IGA320/23-LO紅外單色高溫計 (IMP)




      測溫對象

      LMD試件表面裂紋(早期研究)

      LMD試件表面裂紋(本研究)

      溫度范圍

      385–450 °C效果較好,但低于350 °C無法測量

      150–1200 °C,適用于更寬溫度范圍,更實用

      應用成本

      較高

      較低,適合工業規模應用

      裂紋檢測精確性

      對中高溫裂紋能識別,但低溫范圍不能識別

      對各溫度范圍裂紋均能精準識別,且可實時在線監測裂紋尺寸及位置

      實際工業場景適用性

      有局限性(成本高、適用范圍窄)

      適用性廣、成本低,能實時監測,有利于廣泛工業應用




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