一种激光增材制造在线监测方法技术

本发明专利技术公开了一种激光增材制造在线监测方法，包括：实时采集熔池直径大小；当采集的所述熔池直径大小不符合预先存储的激光功率P与熔池直径的关系时，则根据所述激光功率P与熔池直径的关系调整所述激光功率P以使采集的所述熔池直径大小符合预先存储的激光功率P与熔池直径的关系。应用本发明专利技术提供的激光增材制造在线监测方法，实现在线监测与控制的目的，变事后检测为事中干预，具有可控性好、加工效率高的优点，能够更好的应用于轮船、轨道交通等领域大尺寸、大面积的在线监测，更好的适应柔性制造环境，具有更为深远的现实意义。

An on-line monitoring method for laser material addition manufacturing

The invention discloses an on-line monitoring method for laser augmentation manufacturing, which comprises: collecting the molten pool diameter in real time; adjusting the laser power P according to the relationship between the laser power P and the molten pool diameter to acquire the molten pool diameter when the molten pool diameter collected does not conform to the relationship between the laser power P and the molten pool diameter stored in advance The diameter of the molten pool corresponds to the relationship between the pre stored laser power P and the diameter of the molten pool. The on-line monitoring method for laser augmentation manufacturing provided by the invention can realize on-line monitoring and control, and the post-event detection can be intervened in the event. The method has the advantages of good controllability and high processing efficiency, and can be better applied to large-scale and large-area on-line monitoring in the fields of ship, rail transit and so on, so as to better adapt to flexibility. Manufacturing environment has more far-reaching practical significance.

【技术实现步骤摘要】
一种激光增材制造在线监测方法
本专利技术涉及增材制造
，更具体地说，涉及一种激光增材制造在线监测方法。
技术介绍
激光增材制造的过程不同于传统材料的制造，传统材料在经过铸造、锻造、加工后，采用X射线、超声等检测方法来确定材料是否合格，对于不合格的产品做报废处理或者采用焊接等方法进行补救。但激光增材制造由于是采用层层叠加而生产出来的，在监测与监控的质量监控方面要显著区别于传统的制造方法。对增材制造来说，通常情况下，每一道激光扫描能熔化并重新凝固数层粉末，粉末层的厚度通常为20μm至几个mm。在每一次激光照射后将额外的粉末从工作区刮掉(铺粉)或者直接送上新的粉末(送粉)进行熔化，然后重复上述过程，直到构建出一个坚固的三维(3D)零件。每一个“构建”过程包含数以千计的分层，因此每次运行需要花费几十到几百个小时。每一次“构建”可以生成数十个相同或不同的零件。综合上述问题一起考虑，特别是那些对结构起到关键作用的零件，广泛应用增材制造技术所要面临的重大挑战是成品的合格性以及如何检定其合格性。最近，关于增材制造的一些报道都在呼吁借助在线、闭环的过程控制和传感器来确保增材制造的质量、一致性和再现性。在线质量监测，有利于减少浪费，这将免除通常在构建后进行的检测或破坏性测试。随着轮船、航空航天、轨道交通等行业的高速发展，在激光设备价格下降、自动化程度提高的影响下，对增材制造质量的要求越来越高，现有的质量检测方法已无法满足现有制造业对激光增材制造的质量要求和自动化的现实需求。因此，需要针对激光增材制造设计一种在线监测方法。综上所述，如何有效地解决激光增材制造质量要求难以满足等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种激光增材制造在线监测方法，该激光增材制造在线监测方法可以有效地解决激光增材制造质量要求难以满足的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种激光增材制造在线监测方法，包括：实时采集熔池直径大小；当采集的所述熔池直径大小不符合预先存储的激光功率P与熔池直径的关系时，则根据所述激光功率P与熔池直径的关系调整所述激光功率P以使采集的所述熔池直径大小符合预先存储的激光功率P与熔池直径的关系。优选地，上述激光增材制造在线监测方法中，所述预先存储的激光功率P与熔池直径的关系，具体包括：通过分别固定激光功率P、激光扫描速度V和送粉速率Mp三者中的任两者，变化另一者进行试验并记录熔池直径，并以金相分析和计算得到的熔覆角度，确定激光功率P与熔池直径的关系并存储；或者通过分别固定激光功率P、激光扫描速度V和铺粉厚度三者中的任两者，变化另一者进行试验并记录熔池直径，并以金相分析和计算得到的熔覆角度，确定激光功率P与熔池直径的关系并存储。优选地，上述激光增材制造在线监测方法中，所述实时采集熔池直径之前，还包括步骤：S01：将测试样品放置于指定位置；S02：固定激光扫描速度V和激光送粉速率Mp，变化不同的激光功率P进行实验，记录熔池形状，得到不同激光功率P下的熔池直径数据；并对得到的实验样品进行金相分析，得到所述实验样品的熔池形状参数数据，并确定适合的所述激光功率和相对应的熔池直径数据，得到所述激光扫描速度V和所述激光送粉速率Mp或铺粉厚度下熔池直径与激光功率的关系，依据判据确定有效关系式T1；S03：固定激光功率P和激光送粉速率Mp或铺粉厚度，改变激光扫描速度V进行实验，记录熔池形状，得到不同激光扫描速度V下的熔池直径数据和熔池直径数据；并对得到的实验样品进行金相分析，得到所述实验样品的熔池形状参数数据，并确定适合的所述激光扫描速度V和相对应的熔池直径数据，得到所述激光功率P和所述激光送粉速率Mp或铺粉厚度不变时的所述激光扫描速度V与熔池直径的关系，依据判据确定有效关系式T2；S04：固定激光功率P和激光扫描速度V，改变送粉速率Mp或铺粉厚度进行实验，记录熔池形状，得到不同送粉速率Mp或铺粉厚度下的熔池直径数据；并对得到的实验样品进行金相分析，得到所述实验样品的熔池形状参数数据，并确定适合的所述送粉速率Mp或铺粉厚度和相对应的熔池直径数据，得到所述激光功率P和所述激光扫描速度不变时的所述激光送粉速率Mp或铺粉厚度与熔池直径的关系，依据判据确定有效关系式T3；S05：根据所述有效关系式T1、所述有效关系式T2和所述有效关系式T3，确定不同激光扫描速度、不同送粉速率或铺粉厚度下激光扫描功率P与熔池直径的有效关系式T4并存储。优选地，上述激光增材制造在线监测方法中，所述记录熔池形状，具体包括利用CCD高速摄像机记录熔池形状。优选地，上述激光增材制造在线监测方法中，所述步骤S1之前，还包括：将多波长高温计、CCD高速红外摄像机、激光加工头、激光功率检测器、CCD高速摄像机和保护气管路按照要求进行安装设置。优选地，上述激光增材制造在线监测方法中，所述激光加工头、所述激光功率计、所述CCD高速摄像机和所述多波长高温计同轴安装，所述保护气管路对准激光熔池的中心位置。优选地，上述激光增材制造在线监测方法中，所述调整所述激光功率P，具体为：通过激光功率检测器调整所述激光功率P。应用本专利技术提供的激光增材制造在线监测方法，通过实时采集熔池直径大小；当采集的熔池直径大小不符合预先存储的激光功率P与熔池直径的关系时，则根据激光功率P与熔池直径的关系调整激光功率P以使采集的熔池直径符合预先存储的激光功率P与熔池直径的对应关系。从而实现在线监测与控制的目的，变事后检测为事中干预，对发展绿色制造、智能制造业具有更为深远的现实意义。在一个优选的实施方式中，预先存储的激光功率P与熔池直径的关系，具体包括：通过分别固定激光功率P、激光扫描速度V和送粉速率Mp三者中的任两者，变化另一者进行试验并记录熔池直径，并以金相分析和计算得到的熔覆角度，确定激光功率P与熔池直径的关系并存储。采用该关系数据进行实际工件的加工，并与系统中储存的标准数据，即该关系式进行对比，检测其是否符合激光增材的要求，从而实现在线监测与控制的目的。通过该方式获取激光功率P与熔池直径的关系简单可靠。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一个具体实施例的激光增材制造在线监测方法的流程示意图；图2为使用本专利技术提供的激光增材在线监测方法的在线监测装置的结构示意图；图3为激光增材制造过程中形状示意图。附图中标记如下：1-基材；2-保护气管；3-熔覆层；4-激光束；5-高温温度测量计；6-激光功率测量计；7-光纤；8-CCD熔池图像摄像机；W-熔化层宽度；H-熔化层高度；Ac-熔化层面积；Am-基材被熔化的面积。熔覆角度α为：具体实施方式本专利技术实施例公开了一种激光增材制造在线监测方法，以针对轮船、轨道交通等领域，满足大面积、大尺寸规范的材料焊接在线监测需求。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光增材制造在线监测方法，其特征在于，包括：实时采集熔池直径大小；当采集的所述熔池直径大小不符合预先存储的激光功率P与熔池直径的关系时，则根据所述激光功率P与熔池直径的关系调整所述激光功率P以使采集的所述熔池直径大小符合预先存储的激光功率P与熔池直径的关系。

【技术特征摘要】
1.一种激光增材制造在线监测方法，其特征在于，包括：实时采集熔池直径大小；当采集的所述熔池直径大小不符合预先存储的激光功率P与熔池直径的关系时，则根据所述激光功率P与熔池直径的关系调整所述激光功率P以使采集的所述熔池直径大小符合预先存储的激光功率P与熔池直径的关系。2.根据权利要求1所述的激光增材制造在线监测方法，其特征在于，所述预先存储的激光功率P与熔池直径的关系，具体包括：通过分别固定激光功率P、激光扫描速度V和送粉速率Mp三者中的任两者，变化另一者进行试验并记录熔池直径，并以金相分析和计算得到的熔覆角度，确定激光功率P与熔池直径的关系并存储；或者通过分别固定激光功率P、激光扫描速度V和铺粉厚度三者中的任两者，变化另一者进行试验并记录熔池直径，并以金相分析和计算得到的熔覆角度，确定激光功率P与熔池直径的关系并存储。3.根据权利要求1所述的激光增材制造在线监测方法，其特征在于，所述实时采集熔池直径大小之前，还包括步骤：S01：将测试样品放置于指定位置；S02：固定激光扫描速度V和激光送粉速率Mp或铺粉厚度，变化不同的激光功率P进行实验，记录熔池形状，得到不同激光功率P下的熔池直径数据；并对得到的实验样品进行金相分析，得到所述实验样品的熔池形状参数数据，并确定适合的所述激光功率P和相对应的熔池直径数据，得到所述激光扫描速度V和所述激光送粉速率Mp或铺粉厚度下熔池直径与激光功率的关系，依据判据确定有效关系式T1；S03：固定激光功率P和激光送粉速率Mp或铺粉厚度，改变激光扫描速度V进行实验，记录熔池形状，得到不同激光扫描速度V下的熔池直径数据；并对得到的实验样品进行金相分析，得到所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长军，张敏，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32