激光再制造熔池溫度場檢測研究
2013-03-12
20世紀80年代形成了再制造工程這一新興研究領(lǐng)域，再制造產(chǎn)業(yè)也隨之產(chǎn)生。它是利用原有零件并采用高新表面工程（涂層與改性）及其它加工技術(shù)，使零件恢復尺寸、形狀和性能，重新恢復其使用價值，實際上等于延長了設(shè)備的使用壽命，減少了對原始資源的需求，節(jié)省了資源。激光再制造技術(shù)近年來在國際上已受到普遍關(guān)注，形成激光加工與先進制造技術(shù)一個前沿和熱點。美國、英國、法國、日本投入大量人力物力開展研究。我國部分高校也相繼開展了研究。
2、激光再制造技術(shù)
激光再制造是利用激光熔覆的方法實現(xiàn)對金屬零部件的修復[1，2]。自1976年起美國、英國、日本、德國等技術(shù)強國就對其十分重視，投入了相當可觀的人力、物力、財力進行研究、開發(fā)，使激光熔覆技術(shù)的發(fā)展明顯加快，在激光熔覆理論，物理數(shù)學模型，合金材料、工藝參數(shù)、涂層組織性能研究，設(shè)備自動化、柔性化、熔覆過程監(jiān)控以及生產(chǎn)應用等方面取得了重大進展。
數(shù)值解法以離散數(shù)學為基礎(chǔ)，以計算機為工具，其理論基礎(chǔ)雖不如解析解法那樣嚴密，但對實際問題有很大的適應性。一般稍復雜的熱傳導問題，幾乎都能通過數(shù)值解法求解。常用的數(shù)值解法有有限差分法和有限元法。
早在20多年前有關(guān)人員就用有限差分方法研究了運動的高斯激光熱源三維熱傳導模型。利用數(shù)值方法建立二維準穩(wěn)態(tài)激光熔覆熔池流動及傳熱過程的數(shù)值模型的建立[6]，對激光熔覆自由表面形狀的模擬，對溫度場、相變組織分布、材料性能的數(shù)值模擬。隨著計算機軟件技術(shù)的廣泛應用，溫度場的數(shù)值模擬也得到了進一步的研究。如三維流場溫度場的計算機計算模擬，建立了與激光快速成形過程一致的三維瞬態(tài)薄壁零件溫度場計算模型。此外還有用其它方法研究溫度場數(shù)學模型的數(shù)值解如小波變換法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。
4、溫度場檢測技術(shù)
溫度測量與長度、質(zhì)量、壓力等參數(shù)的測量有所不同，它是利用某些物質(zhì)的物理性能如線膨脹率、電阻率、電勢率、熱噪聲、熱（光）輻射等與溫度的關(guān)系，做成各式各樣的感溫器件棗溫度傳感器的，并通過它們隨溫度的變化量間接獲得溫度值。溫度是按照熱力學第零定律測量的，與處于平衡態(tài)系統(tǒng)中的傳感器具有相同的溫度被認為是被測系統(tǒng)的溫度。但由于熱平衡態(tài)的建立十分難得，有的情況下并不可能，因此溫度測量的準確度通常難以保證或者說不能夠要求太高，要測量瞬態(tài)溫度更是困難。
5、結(jié)論
再制造作為一種先進的制造技術(shù)逐漸提升或取代傳統(tǒng)的修復維修手段，激光再制造技術(shù)也得到了廣泛的應用，熔池溫度場檢測的在激光再制造技術(shù)中是一個極其重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它為工藝設(shè)計及精度控制奠定了基礎(chǔ)。本文對溫度場的分析方法及檢測技術(shù)都做了詳細的闡述。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是圖像處理技術(shù)的廣泛應用,激光熔池溫度場的檢測技術(shù)將向可視化、智能化方向發(fā)展。
2、激光再制造技術(shù)
激光再制造是利用激光熔覆的方法實現(xiàn)對金屬零部件的修復[1，2]。自1976年起美國、英國、日本、德國等技術(shù)強國就對其十分重視，投入了相當可觀的人力、物力、財力進行研究、開發(fā)，使激光熔覆技術(shù)的發(fā)展明顯加快，在激光熔覆理論，物理數(shù)學模型，合金材料、工藝參數(shù)、涂層組織性能研究，設(shè)備自動化、柔性化、熔覆過程監(jiān)控以及生產(chǎn)應用等方面取得了重大進展。
數(shù)值解法以離散數(shù)學為基礎(chǔ)，以計算機為工具，其理論基礎(chǔ)雖不如解析解法那樣嚴密，但對實際問題有很大的適應性。一般稍復雜的熱傳導問題，幾乎都能通過數(shù)值解法求解。常用的數(shù)值解法有有限差分法和有限元法。
早在20多年前有關(guān)人員就用有限差分方法研究了運動的高斯激光熱源三維熱傳導模型。利用數(shù)值方法建立二維準穩(wěn)態(tài)激光熔覆熔池流動及傳熱過程的數(shù)值模型的建立[6]，對激光熔覆自由表面形狀的模擬，對溫度場、相變組織分布、材料性能的數(shù)值模擬。隨著計算機軟件技術(shù)的廣泛應用，溫度場的數(shù)值模擬也得到了進一步的研究。如三維流場溫度場的計算機計算模擬，建立了與激光快速成形過程一致的三維瞬態(tài)薄壁零件溫度場計算模型。此外還有用其它方法研究溫度場數(shù)學模型的數(shù)值解如小波變換法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。
4、溫度場檢測技術(shù)
溫度測量與長度、質(zhì)量、壓力等參數(shù)的測量有所不同，它是利用某些物質(zhì)的物理性能如線膨脹率、電阻率、電勢率、熱噪聲、熱（光）輻射等與溫度的關(guān)系，做成各式各樣的感溫器件棗溫度傳感器的，并通過它們隨溫度的變化量間接獲得溫度值。溫度是按照熱力學第零定律測量的，與處于平衡態(tài)系統(tǒng)中的傳感器具有相同的溫度被認為是被測系統(tǒng)的溫度。但由于熱平衡態(tài)的建立十分難得，有的情況下并不可能，因此溫度測量的準確度通常難以保證或者說不能夠要求太高，要測量瞬態(tài)溫度更是困難。
5、結(jié)論
再制造作為一種先進的制造技術(shù)逐漸提升或取代傳統(tǒng)的修復維修手段，激光再制造技術(shù)也得到了廣泛的應用，熔池溫度場檢測的在激光再制造技術(shù)中是一個極其重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它為工藝設(shè)計及精度控制奠定了基礎(chǔ)。本文對溫度場的分析方法及檢測技術(shù)都做了詳細的闡述。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是圖像處理技術(shù)的廣泛應用,激光熔池溫度場的檢測技術(shù)將向可視化、智能化方向發(fā)展。
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