激光金屬沉積（LMD）裂紋檢測：實時溫度曲線準確識別裂紋位置

本篇文章主要分享利用紅外單色高溫計IGA320/23-LO（IMP）對（工業級）激光金屬沉積（LMD）過程中的裂紋進行實時在線檢測的方法。激光金屬沉積技術是一種先進的增材制造技術，但在制造過程中容易產生裂紋和氣泡等缺陷，這些缺陷如果未及時檢測和修復，可能造成嚴重的損失。

通過設計一個實驗平臺，利用IMP對316L奧氏體不銹鋼LMD樣品上的模擬裂紋進行了檢測實驗。研究發現，通過IMP記錄的溫度變化曲線能夠準確識別裂紋位置，并且裂紋深度越大，記錄的溫度峰值也越高。因此，論文提出的方法能夠實時監控LMD過程中的裂紋生成、大小和位置，從而及時發現并消除缺陷。

具體而言，論文的研究成果和方法特點包括：

裂紋檢測原理：
激光金屬沉積過程中，熔池表面高溫快速冷卻導致產生大的溫度梯度，從而產生熱應力和結構應力，這些應力疊加導致裂紋的產生。IMP通過監測沉積表面的溫度變化，可實時檢測出這些裂紋。

實驗方法與裝置：

構建了實時在線的IMP檢測裝置，通過步進電機控制掃描，采集樣品表面不同位置的溫度數據。溫度的明顯變化可以表明裂紋的存在。

一、IGAR 12-LO高精度紅外雙色高溫計

測溫場景：

• 應用場景：
  在早期的激光金屬沉積（LMD）缺陷檢測研究中，研究者利用IGAR 12-LO雙色高溫計掃描樣品表面，以探測可能存在的缺陷（如裂紋）導致的溫度變化。

• 具體測量情況：
  當試件表面溫度處于385至450 °C時，若表面存在裂紋等缺陷，用該雙色高溫計掃描時能夠捕獲到由缺陷引起的溫度變化。

• 存在的問題：

• 此類雙色高溫計價格昂貴，增加了設備的使用成本，尤其在工業生產中不利于大規模普及應用。

• 測溫范圍為350–1300 °C，如果LMD制造的樣品較大，其表面溫度常常低于350 °C，此時IGAR 12-LO雙色高溫計無法實施測溫。

1. 溫度測量范圍局限：

2. 成本問題：

二、紅外單色高溫計 (Infrared Monochrome Pyrometer, IMP)

測溫場景：

• 應用場景：

  
  本論文重點研究了一種新型的裂紋在線檢測方法，采用IMP實時監測激光金屬沉積過程中的溫度變化，以準確判斷裂紋的生成及其具體位置與尺寸。

  
  

• 實驗平臺與實際測量過程：

1. 將紅外單色高溫計（型號為IGA320/23-LO IMPAC® Pyrometer）安裝于LMD噴嘴一側，通過步進電機控制光學探頭掃描試件表面。

2. 試驗中，在溫控加熱爐基板上放置激光沉積制備的316L奧氏體不銹鋼試件。采用底部加熱電阻絲，使試件底部維持在約175至230 °C，輔助加熱保證一定基底溫度。

3. 實驗利用光學探頭掃描試件表面，實時采集溫度數據。當掃描到試件表面模擬裂紋缺陷位置時，會出現明顯的溫度峰值變化。

• 具體測量情況與效果：

• 在掃描過程中，無缺陷表面溫度變化較為平穩，溫差不超過5 °C。

• 當表面存在裂紋時，探測位置的溫差可高達約30 °C，出現明顯溫度峰值，利用這一特征能夠準確定位裂紋。

• 實驗模擬了4條寬度與深度各異的裂紋，證實裂紋深度越大，記錄的溫度峰值越高。

• 該測量系統可實現對裂紋位置、尺寸和深度的實時監測，有效地避免了以往技術中的局限性，如高成本、環境危害和外界干擾等問題。

兩款高溫計測溫場景對比總結：

對比維度

IGAR 12-LO雙色高溫計

IGA320/23-LO紅外單色高溫計 (IMP)