激光金属沉积（LMD）裂纹检测：实时温度曲线准确识别裂纹位置

本篇文章主要分享利用红外单色高温计IGA320/23-LO（IMP）对（工业级）激光金属沉积（LMD）过程中的裂纹进行实时在线检测的方法。激光金属沉积技术是一种先进的增材制造技术，但在制造过程中容易产生裂纹和气泡等缺陷，这些缺陷如果未及时检测和修复，可能造成严重的损失。

通过设计一个实验平台，利用IMP对316L奥氏体不锈钢LMD样品上的模拟裂纹进行了检测实验。研究发现，通过IMP记录的温度变化曲线能够准确识别裂纹位置，并且裂纹深度越大，记录的温度峰值也越高。因此，论文提出的方法能够实时监控LMD过程中的裂纹生成、大小和位置，从而及时发现并消除缺陷。

具体而言，论文的研究成果和方法特点包括：

裂纹检测原理：
激光金属沉积过程中，熔池表面高温快速冷却导致产生大的温度梯度，从而产生热应力和结构应力，这些应力叠加导致裂纹的产生。IMP通过监测沉积表面的温度变化，可实时检测出这些裂纹。

实验方法与装置：

构建了实时在线的IMP检测装置，通过步进电机控制扫描，采集样品表面不同位置的温度数据。温度的明显变化可以表明裂纹的存在。

一、IGAR 12-LO高精度红外双色高温计

测温场景：

• 应用场景：
  在早期的激光金属沉积（LMD）缺陷检测研究中，研究者利用IGAR 12-LO双色高温计扫描样品表面，以探测可能存在的缺陷（如裂纹）导致的温度变化。

• 具体测量情况：
  当试件表面温度处于385至450 °C时，若表面存在裂纹等缺陷，用该双色高温计扫描时能够捕获到由缺陷引起的温度变化。

• 存在的问题：

• 此类双色高温计价格昂贵，增加了设备的使用成本，尤其在工业生产中不利于大规模普及应用。

• 测温范围为350–1300 °C，如果LMD制造的样品较大，其表面温度常常低于350 °C，此时IGAR 12-LO双色高温计无法实施测温。

1. 温度测量范围局限：

2. 成本问题：

二、红外单色高温计 (Infrared Monochrome Pyrometer, IMP)

测温场景：

• 应用场景：

  
  本论文重点研究了一种新型的裂纹在线检测方法，采用IMP实时监测激光金属沉积过程中的温度变化，以准确判断裂纹的生成及其具体位置与尺寸。

  
  

• 实验平台与实际测量过程：

1. 将红外单色高温计（型号为IGA320/23-LO IMPAC® Pyrometer）安装于LMD喷嘴一侧，通过步进电机控制光学探头扫描试件表面。

2. 试验中，在温控加热炉基板上放置激光沉积制备的316L奥氏体不锈钢试件。采用底部加热电阻丝，使试件底部维持在约175至230 °C，辅助加热保证一定基底温度。

3. 实验利用光学探头扫描试件表面，实时采集温度数据。当扫描到试件表面模拟裂纹缺陷位置时，会出现明显的温度峰值变化。

• 具体测量情况与效果：

• 在扫描过程中，无缺陷表面温度变化较为平稳，温差不超过5 °C。

• 当表面存在裂纹时，探测位置的温差可高达约30 °C，出现明显温度峰值，利用这一特征能够准确定位裂纹。

• 实验模拟了4条宽度与深度各异的裂纹，证实裂纹深度越大，记录的温度峰值越高。

• 该测量系统可实现对裂纹位置、尺寸和深度的实时监测，有效地避免了以往技术中的局限性，如高成本、环境危害和外界干扰等问题。

两款高温计测温场景对比总结：

对比维度

IGAR 12-LO双色高温计

IGA320/23-LO红外单色高温计 (IMP)