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紅外熱成像技術(shù)在激光金屬沉積（LMD）過程中的監(jiān)測與缺陷控制

挑戰(zhàn) | Challenge

激光金屬沉積（Laser Metal Deposition, LMD）作為高精度的增材制造工藝，需維持嚴(yán)格的熱控制，以避免氣孔、裂紋與形變等冶金缺陷的產(chǎn)生。然而，LMD過程中存在高度非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)與復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，同時激光本身產(chǎn)生的強(qiáng)反射干擾了傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測手段。這使得在線缺陷檢測與過程調(diào)控尤為困難。

解決方案 | Solution

紅外熱成像技術(shù)，特別是短波紅外相機(jī)結(jié)合激光濾波器的應(yīng)用，能夠在LMD過程中實現(xiàn)實時、非接觸式的溫度監(jiān)測。相比傳統(tǒng)的單點測溫（如雙波長高精度紅外計），熱成像相機(jī)可提供面狀溫度分布信息，極大提升了缺陷檢測的空間分辨率與靈敏度。例如，使用的IMPAC IGA 320/23-LO單色高溫計/IMPAC IGAR 12-LO  two-color pyrometer（IMP）能在150–1200?°C范圍內(nèi)準(zhǔn)確探測熱變化，定位并跟蹤微裂紋。

優(yōu)勢 | Benefits

• 早期檢測缺陷：溫度曲線波峰與裂紋位置精準(zhǔn)對應(yīng)，能在制造過程中實時發(fā)現(xiàn)宏/微裂紋，防止缺陷擴(kuò)展；

• 優(yōu)化過程參數(shù)：根據(jù)溫度反饋精細(xì)調(diào)控激光功率、掃描速度等參數(shù)，改善熔池結(jié)構(gòu)；

• 降低殘余應(yīng)力與形變：通過動態(tài)熱調(diào)節(jié)與溫控反饋系統(tǒng)，減少層間熱不均造成的內(nèi)應(yīng)力；

• 提升制件結(jié)構(gòu)可靠性：實現(xiàn)連續(xù)在線質(zhì)量控制，避免后期返工與報廢；

• 兼容復(fù)雜幾何與反光金屬表面：短波紅外相機(jī)（如mikron MCS640）結(jié)合帶阻/長通濾光片，有效屏蔽1064nm或10.6μm激光干擾，確保在鏡面金屬表面下的精準(zhǔn)測溫。

實踐案例 | Case Insight

在對316L不銹鋼LMD樣品的實驗中，通過設(shè)定不同深度與寬度的裂紋，研究發(fā)現(xiàn)裂紋深度與溫度峰值正相關(guān)，而寬度則呈非線性變化趨勢。IMP在掃描時準(zhǔn)確輸出四處裂紋位置的熱波峰值，其位置與裂紋分布完全一致，驗證了基于溫度變化的缺陷檢測方法的可行性與穩(wěn)定性。

此外，實驗通過調(diào)節(jié)掃描速度（1.0、5.0、10.0 mm/s）進(jìn)一步驗證了系統(tǒng)對缺陷響應(yīng)的魯棒性，溫度波動趨勢在不同速度下保持一致，為工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

結(jié)論 | Conclusion

紅外熱成像結(jié)合高能激光濾波器為LMD過程提供了高效、經(jīng)濟(jì)、精準(zhǔn)的缺陷檢測與工藝控制方案。相比傳統(tǒng)無損檢測手段（X射線、磁粉、AE），紅外系統(tǒng)具備無輻射、高響應(yīng)、結(jié)構(gòu)簡單等突出優(yōu)勢，尤其適合于LMD這種熱源動態(tài)變化劇烈的復(fù)雜場景。