本篇文章主要分享利用紅外單色高溫計(jì)IGA320/23-LO（IMP）對（工業(yè)級）激光金屬沉積（LMD）過程中的裂紋進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測的方法。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，利用IMP對316L奧氏體不銹鋼LMD樣品上的模擬裂紋進(jìn)行了檢測實(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)測沉積表面的溫度變化，可實(shí)時(shí)檢測出這些裂紋。

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)

測溫場景：

• 應(yīng)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(jì)掃描樣品表面，以探測可能存在的缺陷（如裂紋）導(dǎo)致的溫度變化。

• 具體測量情況：
  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)施測溫。

1. 溫度測量范圍局限：

2. 成本問題：

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

測溫場景：

• 應(yīng)用場景：

  
  本論文重點(diǎn)研究了一種新型的裂紋在線檢測方法，采用IMP實(shí)時(shí)監(jiān)測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)平臺與實(shí)際測量過程：

1. 將紅外單色高溫計(jì)（型號為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。

2. 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。

3. 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)，會出現(xiàn)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(wěn)，溫差不超過5 °C。

• 當(dāng)表面存在裂紋時(shí)，探測位置的溫差可高達(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。

• 該測量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對裂紋位置、尺寸和深度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，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)測溫場景對比總結(jié)：

對比維度

IGAR 12-LO雙色高溫計(jì)

IGA320/23-LO紅外單色高溫計(jì) (IMP)