[發明專利]可控快速切換的激光燒蝕金屬熔池測溫裝置及使用方法

有效

• 申請號: 201911035261.6
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110779634B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 卞慶飛;何寶緣;呂宛;嚴思遠;卞婷
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01K13/00
• 分類號: G01K13/00;B22F3/105
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明公開了一種可控快速切換的激光燒蝕金屬熔池測溫裝置及使用方法，所述裝置包括密封腔體平臺、高能量密度激光發射系統、比色測溫儀及附屬數據采集裝置、四向移動平臺、待燒蝕實驗金屬塊、藍牙遙控旋轉平臺、計算機及抽壓氣機系統；通過該裝置系統可實現以下功能：密閉腔體內的測溫儀測溫點與激光初始射點的可控快速對點；金屬熔池演化過程固定/移動兩種激光模式下，不同位置溫度的跟隨/定點實時測量；多次/重復試驗的方便快速切換；不同測溫環境變換。本發明結構簡單明了、功能性強、設計新穎可靠、成本較低，可以為明晰高溫金屬熔池演化機理及提高金屬增材制造質量提供基礎和幫助。

技術領域

本發明涉及高能量密度激光作用下金屬熔池演化機理研究領域，具體為一種可控快速切換的密閉腔體激光燒蝕金屬熔池重復測溫裝置。

背景技術

以層層包覆、快速制造為特點的金屬增材制造技術是高端制造業的前沿技術，利用增材制造技術直接生產金屬零件與金屬部件，具有成品綜合力學性能優異、無需大型鍛鑄工業裝備及其相關配套基礎設施、可實現多種材料任意復合制造及對傳統難加工材料的成型等一系列優點，對于航空、航天、核電、石化、船舶等重大高端裝備制造業內的高性能、難加工金屬大型關鍵構件制造意義重大，被廣泛應用于上述領域。

在金屬增材制造過程中，金屬粉末在高能量密度激光照射下熔化形成了金屬熔池，并在激光離開后凝固形成制造層。熔池作為固體部分的初始形態，其形態控制、溫度場分布與凝固特性極為重要，特別是熔池的溫度分布直接決定著熔池內部的流動及熱歷史。過低的熔化溫度會造成熔化層較淺、熔化不均勻，制造質量較差；而過高的熔化溫度則會造成熔池內流動劇烈，產生飛濺、氣體捕捉等不利現象，還會造成能量浪費；此外，研究表明熔池的熱歷史直接影響著成品的力學特性和機械強度。因此，熔池的溫度研究對控制產品質量至關重要。

現有的熔池溫度研究方法中，主要有數值模擬及實驗研究兩種方式。其中，實驗研究更為準確和令人信服，其也是模擬研究的基礎所在。但是由于高溫燒蝕易氧化，需要在密封的惰性氣體或真空環境進行，目前的實驗裝置大多采用制造點局部噴射惰性氣體或者是密封罩進行處理。局部噴射惰性氣體保護面較小，且容易影響制造表面成型及表面溫度的測量；密封罩處理又存在更換試件較困難以及換件過程時間浪費的問題。為了解決上述問題，本文開發了一種可控快速切換的密閉腔體激光燒蝕金屬熔池重復測溫裝置。

發明內容

本發明的目的旨在構建一種可控快速切換的密閉腔體激光燒蝕金屬熔池重復測溫裝置，以解決密閉空間內的測點不能快速對準、金屬熔池溫度不能實時追蹤、測試環境不能切換以及不能多次/重復實驗的進行。

基于上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種可控快速切換的激光燒蝕金屬熔池測溫裝置，包括密封玻璃，密封玻璃內部為密封腔體，密封玻璃內底部具有承重平臺，該承重平臺上設有四向移動平臺和藍牙遙控旋轉平臺，所述四向移動平臺上安裝有比色測溫儀，所述藍牙遙控旋轉平臺上放置若干待燒蝕實驗金屬塊，所述密封玻璃內頂部布置有激光支架，激光支架上具有激光發射器，所述激光發射器前方設有激光反射棱鏡系統；所述密封玻璃上設有航插接口，密封玻璃外設有驅動電機、計算機、移動控制手柄、惰性氣體氣瓶，所述移動控制手柄上的線路和驅動電機上的線路均通過航插接口連接至四向移動平臺，所述計算機上具有兩條線路，其中一條線路連接至比色測溫儀，另一條線路通過航插接口連接至激光發射器，所述密封玻璃上開設有氣孔，所述惰性氣體氣瓶上設有連接至氣孔的氣道，該氣道上設有抽壓氣機和閥門。