[发明专利]一种调控激光熔覆过程中熔池温度梯度的方法

权利要求书

1.一种调控激光熔覆过程中熔池温度梯度的方法，其特征在于：通过红外成像设备拍摄熔池动态形成过程，在PC端的采集控制软件中记录每帧的熔池实时动态温度，绘制温度梯度反馈曲线，通过功率的自动调节改变温度的大小，利用PID算法反馈控制温度梯度变化于额定温度的范围内，避免过大的温度梯度形成表面张力梯度从而引发熔池内密度的变化，影响熔池尺寸，通过熔池实时动态温度的数据采集和梯度温度的在线PID调控，保证了涂层与熔覆层的良好结合，减少缺陷的产生，提高成型质量，具体步骤如下：

(1)搭建同轴红外相机监测平台，将红外相机放置于激光打印头上方一侧，两者作同轴运动，红外相机的镜头对准工件放置平台，用于拍摄熔池动态图像，红外相机的接口由以太网接头、I/O接口，水冷接口和手动对焦机构接口组成；

(2)以太网接头连接路由器至PC端，手动对焦机构机械连接至对焦用红外灯，I/O接口连接红外相机接线盒，通过红外相机接线盒连接PC端的功率控制软件，水冷接口连接水冷回路；

(3)在PC端采集软件的显示窗口中初设激光熔覆设备的激光功率，熔池温度，熔道宽度、长度和熔道数，设置熔池温度与激光功率的关系式，增材制造过程中绘制实时熔池实时动态温度曲线；在PC端功率控制软件中设置熔池温度阈值和PID参数，便于实时调节熔覆过程中的熔池实时动态温度在设定的范围内；

(4)在送粉器中装进待打印粉末，在激光熔覆设备的数控操作平台中设置工艺参数：送粉速度，扫描速度，搭接率和功率，等待工件打印；

(5)激光打印过程中通过采集软件实时记录工件的熔池动态图像、激光功率、熔道尺寸、熔池实时动态温度信息，绘制以帧为横坐标，熔池实时动态温度为纵坐标的曲线；

(6)利用熔池温度与激光功率的关系式将激光功率转化为熔池实时动态温度，恒定400℃参数中的熔池基准宽度为3.12mm，恒定600℃参数中的熔池基准宽度为3.43mm，恒定800℃参数中的熔池基准宽度为3.52mm，将实时记录的熔池宽度与基准宽度的差值为偏差量，利用PID算法调节温度在额定温度内，当偏差量为正数时减小输入功率，降低温度，当偏差量为负数时增大输入功率，提升温度；

步骤(3)和(6)中，温度与功率之间的换算关系满足关系式：k为热效率系数，P为激光功率(w)，A为熔道的横截面积(mm³)，V为激光扫描速度(mm/min)，D_T为载荷步的时间，ρ为材料密度(g/mm³)，c为材料比热容(J*K/g)，F为激光熔覆过程中熔道受到的压力(N)，d为熔道宽度(mm)。

2.如权利要求1所述的一种调控激光熔覆过程中熔池温度梯度的方法，其特征在于：步骤(2)中，水冷回路需满足条件:最大流体压力为2.8bar，最小流速为0.2L/min，水冷回路用于红外相机工作过程中的散热保护电路。

3.如权利要求1所述的一种调控激光熔覆过程中熔池温度梯度的方法，其特征在于：步骤(6)中，PID算法中，考虑控制精度要求以及公式计算的时限，在采集软件界面处设置学习熔道数为不超过单次熔覆总道数的三分之一至二分之一。