紅外熱像儀在激光熔覆（Laser Cladding）過(guò)程中的溫度監(jiān)測(cè)具有關(guān)鍵作用，能夠?qū)崟r(shí)反饋熔池及熱影響區(qū)的溫度分布，優(yōu)化工藝參數(shù)并防止缺陷。
- 激光熔覆測(cè)溫的挑戰(zhàn)
高溫梯度：熔池溫度可達(dá)1500~3000℃（取決于材料），相鄰區(qū)域溫差極大。
動(dòng)態(tài)過(guò)程：激光移動(dòng)速度快（通常0.5~5 m/min），需高幀率捕捉瞬態(tài)溫度。
表面干擾：
金屬熔池高反射率（尤其是未熔化的金屬粉末）。
等離子體羽流（Plume）可能遮擋紅外信號(hào)。
工藝需求：
控制熔池溫度以保障結(jié)合強(qiáng)度，避免過(guò)燒或未熔合。
監(jiān)測(cè)熱積累防止基材變形。
- 可適用場(chǎng)景及改進(jìn)方案
(1) 適用場(chǎng)景
基材預(yù)熱監(jiān)測(cè)：檢測(cè)基材（如鋼、鈦合金）預(yù)熱溫度（100~500℃）。
熱影響區(qū)（HAZ）分析：監(jiān)測(cè)熔覆層周?chē)蜏貐^(qū)（200~800℃）的溫度梯度，評(píng)估冷卻速率。
離線(xiàn)質(zhì)量檢查：熔覆完成后檢測(cè)層間溫度均勻性或殘余應(yīng)力分布。
(2) 技術(shù)改進(jìn)措施
| 問(wèn)題 | 解決方案 |
| 低信噪比 | 使用制冷型長(zhǎng)波探測(cè)器（如MCT傳感器）提升靈敏度，或延長(zhǎng)積分時(shí)間（犧牲實(shí)時(shí)性）。 |
| 發(fā)射率波動(dòng) | 基材表面噴涂高發(fā)射率涂層（如啞光黑漆），或采用雙色測(cè)溫法減少發(fā)射率依賴(lài)。 |
| 等離子體干擾 | 加裝窄帶濾光片（如10.6μm避開(kāi)等離子體吸收峰），或側(cè)向安裝避開(kāi)羽流直射路徑。 |
| 動(dòng)態(tài)測(cè)溫 | 選擇高速長(zhǎng)波熱像儀（如格物優(yōu)信H系列，125Hz幀率），配合觸發(fā)同步激光掃描。 |
- 典型應(yīng)用案例
案例1：不銹鋼基材預(yù)熱均勻性控制
需求：確保基材預(yù)熱溫度300±20℃，避免熔覆層開(kāi)裂。
配置：
選用格物優(yōu)信長(zhǎng)波熱像儀（640×480像素）。
基材噴涂石墨涂層（發(fā)射率固定為0.95）。
實(shí)施：
熱像儀安裝在激光頭側(cè)向45°，監(jiān)測(cè)預(yù)熱區(qū)域（下圖左為均勻加熱，右為不均勻）。
溫度數(shù)據(jù)反饋至加熱系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)感應(yīng)線(xiàn)圈功率。
效果：預(yù)熱均勻性從±50℃提升至±15℃，熔覆層裂紋率下降90%。
案例2：熔覆層冷卻速率監(jiān)測(cè)
需求：控制Inconel 625熔覆層冷卻速率在50~100℃/s，避免晶粒粗化。
實(shí)施：
建立冷卻速率-硬度關(guān)系模型，超限時(shí)觸發(fā)輔助加熱。
效果：硬度波動(dòng)從HRC 5降至HRC 1以?xún)?nèi)。
- 長(zhǎng)波與短波/中波熱像儀的對(duì)比
| 參數(shù) | 長(zhǎng)波（8~14μm） | 短波（0.9~1.7μm） | 中波（3~5μm） |
| 測(cè)溫范圍 | 適合<800℃（高溫段信噪比低） | 適合>1000℃（熔池理想波段） | 適合300~1500℃（折中方案） |
| 抗干擾性 | 受等離子體/水蒸氣影響大 | 穿透等離子體能力強(qiáng) | 中等 |
| 發(fā)射率依賴(lài)性 | 高（需表面處理） | 低（金屬熔池發(fā)射率相對(duì)穩(wěn)定） | 中等 |
| 成本 | 低（非制冷型常見(jiàn)） | 極高（制冷型探測(cè)器為主） | 高 |
總結(jié)
紅外熱像儀在激光熔覆中可實(shí)現(xiàn)：
工藝穩(wěn)定性：實(shí)時(shí)熔池溫度閉環(huán)控制。
缺陷預(yù)防：通過(guò)熱歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)裂紋、氣孔等。
智能化升級(jí)：為數(shù)字孿生（Digital Twin）提供溫度場(chǎng)輸入。