當(dāng)前位置：
激光金屬沉積（LMD）裂紋檢測(cè)：實(shí)時(shí)溫度曲線準(zhǔn)確識(shí)別裂紋位置
更新時(shí)間：2025-05-06
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本篇文章主要分享利用紅外單色高溫計(jì)IGA320/23-LO（IMP）對(duì)（工業(yè)級(jí)）激光金屬沉積（LMD）過程中的裂紋進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的方法。激光金屬沉積技術(shù)是一種先進(jìn)的增材制造技術(shù)，但在制造過程中容易產(chǎn)生裂紋和氣泡等缺陷，這些缺陷如果未及時(shí)檢測(cè)和修復(fù)，可能造成嚴(yán)重的損失。
通過設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用IMP對(duì)316L奧氏體不銹鋼LMD樣品上的模擬裂紋進(jìn)行了檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，通過IMP記錄的溫度變化曲線能夠準(zhǔn)確識(shí)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?qū)崟r(shí)監(jiān)控LMD過程中的裂紋生成、大小和位置，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除缺陷。
具體而言，論文的研究成果和方法特點(diǎn)包括：
裂紋檢測(cè)原理：
激光金屬沉積過程中，熔池表面高溫快速冷卻導(dǎo)致產(chǎn)生大的溫度梯度，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力，這些應(yīng)力疊加導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。IMP通過監(jiān)測(cè)沉積表面的溫度變化，可實(shí)時(shí)檢測(cè)出這些裂紋。
實(shí)驗(yàn)方法與裝置：
構(gòu)建了實(shí)時(shí)在線的IMP檢測(cè)裝置，通過步進(jìn)電機(jī)控制掃描，采集樣品表面不同位置的溫度數(shù)據(jù)。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(jì)
測(cè)溫場(chǎng)景：
應(yīng)用場(chǎng)景：
在早期的激光金屬沉積（LMD）缺陷檢測(cè)研究中，研究者利用IGAR 12-LO雙色高溫計(jì)掃描樣品表面，以探測(cè)可能存在的缺陷（如裂紋）導(dǎo)致的溫度變化。具體測(cè)量情況：
當(dāng)試件表面溫度處于385至450 °C時(shí)，若表面存在裂紋等缺陷，用該雙色高溫計(jì)掃描時(shí)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(jì)價(jià)格昂貴，增加了設(shè)備的使用成本，尤其在工業(yè)生產(chǎn)中不利于大規(guī)模普及應(yīng)用。
測(cè)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(shí)IGAR 12-LO雙色高溫計(jì)無法實(shí)施測(cè)溫。
溫度測(cè)量范圍局限：
成本問題：
二、紅外單色高溫計(jì) (Infrared Monochrome Pyrometer, IMP)
測(cè)溫場(chǎng)景：
應(yīng)用場(chǎng)景：
本論文重點(diǎn)研究了一種新型的裂紋在線檢測(cè)方法，采用IMP實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光金屬沉積過程中的溫度變化，以準(zhǔn)確判斷裂紋的生成及其具體位置與尺寸。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與實(shí)際測(cè)量過程：
將紅外單色高溫計(jì)（型號(hào)為IGA320/23-LO IMPAC® Pyrometer）安裝于LMD噴嘴一側(cè)，通過步進(jìn)電機(jī)控制光學(xué)探頭掃描試件表面。
試驗(yàn)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。
實(shí)驗(yàn)利用光學(xué)探頭掃描試件表面，實(shí)時(shí)采集溫度數(shù)據(jù)。當(dāng)掃描到試件表面模擬裂紋缺陷位置時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的溫度峰值變化。
具體測(cè)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(wěn)，溫差不超過5 °C。
當(dāng)表面存在裂紋時(shí)，探測(cè)位置的溫差可高達(dá)約30 °C，出現(xiàn)明顯溫度峰值，利用這一特征能夠準(zhǔn)確定位裂紋。
實(shí)驗(yàn)?zāi)M了4條寬度與深度各異的裂紋，證實(shí)裂紋深度越大，記錄的溫度峰值越高。
該測(cè)量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋位置、尺寸和深度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效地避免了以往技術(shù)中的局限性，如高成本、環(huán)境危害和外界干擾等問題。
兩款高溫計(jì)測(cè)溫場(chǎng)景對(duì)比總結(jié)：
對(duì)比維度
IGAR 12-LO雙色高溫計(jì)
IGA320/23-LO紅外單色高溫計(jì) (IMP)
測(cè)溫對(duì)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(cè)量 | 150–1200 °C，適用于更寬溫度范圍，更實(shí)用 |
應(yīng)用成本 | 較高 | 較低，適合工業(yè)規(guī)模應(yīng)用 |
裂紋檢測(cè)精確性 | 對(duì)中高溫裂紋能識(shí)別，但低溫范圍不能識(shí)別 | 對(duì)各溫度范圍裂紋均能精準(zhǔn)識(shí)別，且可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)裂紋尺寸及位置 |
實(shí)際工業(yè)場(chǎng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有利于廣泛工業(yè)應(yīng)用 |
