[发明专利]一种激光熔覆成形中熔池温度控制方法

说明书

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种激光熔覆成形中熔池温度控制方法。所述控制方法包括：激光熔覆过程中扫描路径和输出功率的存储，依据扫描路径构建数学模型，所述数学模型包含由虚拟立方体基于扫描路径组合而成的加工工件的几何外形，根据热力学原理进行分析计算将激光功率转换为热量并作为每个立方体的属性值，进行热传导分析以得出下一个加工点附近位置的温度信息，将所述温度信息传入温度控制器，以此提高熔池温度控制的准确性和有效性。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及一种激光熔覆成形中熔池温度控制方法。

背景技术

激光熔覆成形技术(Laser cladding forming,LCF)是一种以激光为能量源，采用同轴送粉或预铺金属粉末的方式，在基体上对金属粉末逐层烧结叠加，从而生成立体工件的成形技术。该技术多用于材料表面性能的改进、产品表面的修复以及快速原型制造，具有热输入量少、工件强度高、材料消耗小等优点。

在激光熔覆成形过程中，熔池内部存在着复杂的能量、动量和质量的传输过程，产生传质、对流及传热等现象，这些现象很大一部分体现在熔池的温度上，因此通过控制熔池的温度可以有效地提高激光熔覆的冶金性能和成形工件的质量。目前，激光熔覆成形中，由于熔池温度高、亮度大和尺寸小等特点给熔池的温度检测和控制带来了很大的困难。同时，由于激光熔覆具有热量积累特性，不同的加工路径和加工时长会导致工件的温度分布情况也不一致，进而影响熔池温度控制的准确性，如果能预测出下一个加工点附近的温度分布情况就可以有效地提高温度控制的准确性和高效性。

发明内容

本发明实例是提供一种激光熔覆成形中熔池温度控制方法，以提高对激光熔覆成形过程中熔池温度控制的准确性和高效性。

为了实现上述目的，本发明实例提出了一种激光熔覆成形中熔池温度控制方法，具体实施方案步骤如下：

S1、输入参数，参数包括加工工艺参数、控制程序参数和通讯参数；

S2、系统初始化，用于通讯初始化、硬件初始化和控制程序初始化；

S3、控制程序进入就绪状态并开启一个线程用于接收加工起始信号；

S4、控制程序采集路径、功率和温度数据，通过现场总线采集到的数据形式为字符串形式，控制程序需要将这些数据转换为对相应的变量类型并将这些数据放入计算机内存中，此外加工开始后，控制程序开启一个线程用于接收加工结束信号；

S5、采集完一次数据后，控制程序首先对采集到的路径信息进行判断，并根据判断结果来决定是否添加新的立方体。所述的用于添加立方体的数学模型包括：

其中，(x_i,y_i,z_i)是获取到的当前加工点的坐标值，l为所述立方体边长，(x_j,y_j,z_j)是当前加工点所在立方体的立方体中心坐标值，函数floor(x)表示对变量x向下取整。如果坐标值(x_i,y_i,z_i)满足表达式

则不需要创建新的立方体。如果坐标值(x_i,y_i,z_i)不满足上述表达式，则程序创建一个新坐标用于表示新立方体的中心坐标值。当程序处理第一次采集到的数据时，(x_j,y_j,z_j)的值为

S6、控制程序计算每个立方体所含的能量，用于实现该计算的数学模型包含：