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激光再制造熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)研究
2013-03-12
20世紀(jì)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(fù)尺寸、形狀和性能，重新恢復(fù)其使用價(jià)值，實(shí)際上等于延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了對(duì)原始資源的需求，節(jié)省了資源。激光再制造技術(shù)近年來(lái)在國(guó)際上已受到普遍關(guān)注，形成激光加工與先進(jìn)制造技術(shù)一個(gè)前沿和熱點(diǎn)。美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本投入大量人力物力開(kāi)展研究。我國(guó)部分高校也相繼開(kāi)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(shí)現(xiàn)對(duì)金屬零部件的修復(fù)[1，2]。自1976年起美國(guó)、英國(guó)、日本、德國(guó)等技術(shù)強(qiáng)國(guó)就對(duì)其十分重視，投入了相當(dāng)可觀的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行研究、開(kāi)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(xué)模型，合金材料、工藝參數(shù)、涂層組織性能研究，設(shè)備自動(dòng)化、柔性化、熔覆過(guò)程監(jiān)控以及生產(chǎn)應(yīng)用等方面取得了重大進(jìn)展。
數(shù)值解法以離散數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，其理論基礎(chǔ)雖不如解析解法那樣嚴(yán)密，但對(duì)實(shí)際問(wèn)題有很大的適應(yīng)性。一般稍復(fù)雜的熱傳導(dǎo)問(wèn)題，幾乎都能通過(guò)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(yùn)動(dòng)的高斯激光熱源三維熱傳導(dǎo)模型。利用數(shù)值方法建立二維準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)激光熔覆熔池流動(dòng)及傳熱過(guò)程的數(shù)值模型的建立[6]，對(duì)激光熔覆自由表面形狀的模擬，對(duì)溫度場(chǎng)、相變組織分布、材料性能的數(shù)值模擬。隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的廣泛應(yīng)用，溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬也得到了進(jìn)一步的研究。如三維流場(chǎng)溫度場(chǎng)的計(jì)算機(jī)計(jì)算模擬，建立了與激光快速成形過(guò)程一致的三維瞬態(tài)薄壁零件溫度場(chǎng)計(jì)算模型。此外還有用其它方法研究溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)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(chǎng)檢測(cè)技術(shù)
溫度測(cè)量與長(zhǎng)度、質(zhì)量、壓力等參數(shù)的測(cè)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(shì)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(guò)它們隨溫度的變化量間接獲得溫度值。溫度是按照熱力學(xué)第零定律測(cè)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(rèn)為是被測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確度通常難以保證或者說(shuō)不能夠要求太高，要測(cè)量瞬態(tài)溫度更是困難。
5、結(jié)論
再制造作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)逐漸提升或取代傳統(tǒng)的修復(fù)維修手段，激光再制造技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)的在激光再制造技術(shù)中是一個(gè)極其重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它為工藝設(shè)計(jì)及精度控制奠定了基礎(chǔ)。本文對(duì)溫度場(chǎng)的分析方法及檢測(cè)技術(shù)都做了詳細(xì)的闡述。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是圖像處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用,激光熔池溫度場(chǎng)的檢測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)金屬零部件的修復(fù)[1，2]。自1976年起美國(guó)、英國(guó)、日本、德國(guó)等技術(shù)強(qiáng)國(guó)就對(duì)其十分重視，投入了相當(dāng)可觀的人力、物力、財(cái)力進(jìn)行研究、開(kāi)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(xué)模型，合金材料、工藝參數(shù)、涂層組織性能研究，設(shè)備自動(dòng)化、柔性化、熔覆過(guò)程監(jiān)控以及生產(chǎn)應(yīng)用等方面取得了重大進(jìn)展。
數(shù)值解法以離散數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，其理論基礎(chǔ)雖不如解析解法那樣嚴(yán)密，但對(duì)實(shí)際問(wèn)題有很大的適應(yīng)性。一般稍復(fù)雜的熱傳導(dǎo)問(wèn)題，幾乎都能通過(guò)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(yùn)動(dòng)的高斯激光熱源三維熱傳導(dǎo)模型。利用數(shù)值方法建立二維準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)激光熔覆熔池流動(dòng)及傳熱過(guò)程的數(shù)值模型的建立[6]，對(duì)激光熔覆自由表面形狀的模擬，對(duì)溫度場(chǎng)、相變組織分布、材料性能的數(shù)值模擬。隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的廣泛應(yīng)用，溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬也得到了進(jìn)一步的研究。如三維流場(chǎng)溫度場(chǎng)的計(jì)算機(jī)計(jì)算模擬，建立了與激光快速成形過(guò)程一致的三維瞬態(tài)薄壁零件溫度場(chǎng)計(jì)算模型。此外還有用其它方法研究溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)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(chǎng)檢測(cè)技術(shù)
溫度測(cè)量與長(zhǎng)度、質(zhì)量、壓力等參數(shù)的測(cè)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(shì)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(guò)它們隨溫度的變化量間接獲得溫度值。溫度是按照熱力學(xué)第零定律測(cè)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(rèn)為是被測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確度通常難以保證或者說(shuō)不能夠要求太高，要測(cè)量瞬態(tài)溫度更是困難。
5、結(jié)論
再制造作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)逐漸提升或取代傳統(tǒng)的修復(fù)維修手段，激光再制造技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，熔池溫度場(chǎng)檢測(cè)的在激光再制造技術(shù)中是一個(gè)極其重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它為工藝設(shè)計(jì)及精度控制奠定了基礎(chǔ)。本文對(duì)溫度場(chǎng)的分析方法及檢測(cè)技術(shù)都做了詳細(xì)的闡述。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是圖像處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用,激光熔池溫度場(chǎng)的檢測(cè)技術(shù)將向可視化、智能化方向發(fā)展。
來(lái)源：示波器 http://www.91zenqing.cn/
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