CN111256859B - 检测热影响区温度的系统和方法及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提出了一种检测热影响区温度的系统和方法及存储介质，其中，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，通过激光器对基体进行激光熔覆，所述系统包括：与多个测温点一一对应设置的多个温度传感器，用于检测对应测温点的温度；数据装置，用于获取温度检测数据，记录熔覆时间，根据温度检测数据和熔覆时间获得熔覆方向上各个测温点的温度时间曲线，以及根据熔覆速度将不同时刻的温度时间曲线转换为同一时刻热影响区的温度空间分布，根据温度空间分布获得热影响区的温度数据。本申请的检测热影响区温度的方法和系统，可以直接测量获得准确可靠的温度参数，为研究材料的组织梯度、力学性能演化提供数据基础。
Description
技术领域
本发明涉及材料检测技术领域，尤其是涉及一种检测热影响区温度的系统和检测热影响区温度的方法，以及计算机可读存储介质。
背景技术
在激光熔覆的过程中，修复基板由于受到熔池温度的传导影响，基板的一定区域内会产生多种宏观或微观界面，这些区域称为热影响区。材料的温度场与材料的组织梯度、材料力学性能有很强的耦合关系，因此温度场数据是分析、控制、优化材料微观组织，提高修复件服役性能的关键。
由于热影响区处于基板内部，且在较高的激光扫描速率下其温度场是连续变化的，这使得直接测量热影响区温度场非常困难。现有的获得激光熔覆热影响区温度云图的方法，基本上都是通过模拟仿真来获得，这种方法虽然可以较快速、便捷地获取热影响区温度云图，但激光熔覆工艺影响因素繁多，例如：液态金属流动形式、加载载荷及边界条件、激光热源能量密度、保护气和光致等离子体对熔池流动的影响、环境温度的变化等，都对最终的仿真结果有一定影响，而模拟仿真不可能将诸多因素都考虑进去，这势必影响模拟结果的可靠性。
现有的通过非接触式测温仪来直接测温的方法，如CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)比色测温原理或多波长温度计和红外摄像头等，非接触式温度传感器基于黑体辐射的基本定律，辐射测温法包括亮度法、辐射法和比色法，这些方法可以直接便捷的测量基板的温度场分布，但其原理同时限制了该方法只能测量物体表面及侧面温度，而不能获得完整的热影响区空间多点温度分布，且有的非接触测温仪有一定局限性，如多波长温度计和红外摄像仪只能测得某些区域的平均温度，很难得到完整、细致的表面温度场。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本申请第一方面实施例提出一种检测热影响区温度的系统，该检测热影响区温度的系统，可以直接测量获得更加准确、完整的热影响区的温度参数，可为研究材料的组织梯度、力学性能演化提供数据基础，也可作为模拟仿真结果的验证数据，为模型的修正提供指导。
本申请第二方面实施例还提出一种检测热影响区温度的方法。
本申请第三方面实施例还提出一种计算机可读存储介质。
为了解决上述问题，本申请第一方面实施例的检测热影响区温度的系统，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，通过激光器对基体进行激光熔覆，所述系统包括：与多个所述测温点一一对应设置的多个温度传感器，用于检测对应测温点的温度；数据装置，用于获取多个所述测温点的温度检测数据，记录熔覆时间，根据所述温度检测数据和所述熔覆时间获得熔覆方向上各个所述测温点的温度时间曲线，以及根据熔覆速度将不同时刻的所述温度时间曲线转换为同一时刻所述热影响区的温度空间分布，根据所述温度空间分布获得所述热影响区的温度数据。
根据本申请实施例的检测热影响区温度的系统，其中，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，因而，温度传感器不仅可以采集基体靠近表面的温度还可以采集基体内部的温度即可以采集热影响区不同空间位置的温度，从而，可以获得更加全面、完整的热影响区的温度参数，可以减小测温误差，数据装置根据熔覆速度将不同时刻的温度时间曲线转换为同一时刻热影响区的温度空间分布，从而，可以获得熔覆过程中每个时刻热影响区空间的多点温度分布，从而准确测量激光熔覆过程熔覆区域的温度场演变。
在一些实施例中，多个所述测温点呈矩阵分布，所述矩阵设置在熔覆路径的一侧，所述矩阵覆盖位于所述熔覆路径的一侧的所述热影响区，其中，所述矩阵的每列的所述测温点具有不同的深度，所述测温点距离所述基体的表面的最小距离大于预设距离值以避免所述测温点接触到熔池，通过温度传感器获得的温度演变数据可以完整全面地表示同一时刻基体内温度空间分布，并得到热影响区温度分布云图。
在一些实施例中，沿所述熔覆路径的方向，所述矩阵中所述测温点距离所述基体的表面的深度越来越大。
在一些实施例中，所述数据装置在根据所述温度空间分布获得所述热影响区的温度数据时具体用于，对所述矩阵中距离所述熔覆路径最远的所述测温点的温度检测数据进行修正，获得对应最大深度的测温点的基体的温度分布云图和温度变化率曲线，以作为所述热影响区的温度数据。
在一些实施例中，所述温度传感器包括露端式K型高温热电偶，所述露端式K型热电偶提高系统的响应速度，也可以很好地提高系统的跟随性和温度测量精度。
在一些实施例中，每个所述测温点处设置盲孔，所述盲孔的孔径小于预设孔径阈值，测温点的温度主要来自上方熔池的温度传导，因此盲孔对热影响区温度分布的影响非常小，这也很大程度上减小了测温误差。
为了解决上述问题，本申请第二方面实施例的检测热影响区温度的方法，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，通过激光器对基体进行激光熔覆，包括：获取多个所述测温点的温度检测数据；记录熔覆时间，根据所述温度检测数据和所述熔覆时间获得熔覆方向上各个所述测温点的温度时间曲线；根据熔覆速度将不同时刻的所述温度时间曲线转换为同一时刻所述热影响区的温度空间分布；根据所述温度空间分布获得所述热影响区的温度数据。
根据本申请实施例的检测热影响区温度的方法，其中，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，不仅可以采集基体靠近表面的温度还可以采集基体内部的温度即可以采集热影响区不同空间位置的温度，从而，可以获得更加全面、完整的热影响区的温度参数，减小了测温误差，根据熔覆速度将不同时刻的温度时间曲线转换为同一时刻热影响区的温度空间分布，从而，可以获得熔覆过程中每个时刻热影响区空间的多点温度分布，可以准确测量激光熔覆过程熔覆区域的温度场演变。
在一些实施例中，多个所述测温点呈矩阵分布，所述矩阵设置在熔覆路径的一侧，所述矩阵覆盖位于所述熔覆路径的一侧的所述热影响区，其中，所述矩阵的每列的所述测温点具有不同的深度，所述测温点距离所述基体的表面的最小距离大于预设距离值以避免所述测温点接触到熔池。
在一些实施例中，沿所述熔覆路径的方向，所述矩阵中所述监测点距离所述集体的表面的深度越来越大，根据所述温度空间分布获得所述热影响区的温度数据，包括：对所述矩阵中距离所述熔覆路径最远的所述测温点的温度检测数据进行修正；
获得所述矩阵中距离所述基体的表面最大深度的测温点的温度分布云图和温度变化率曲线，以作为所述热影响区的温度数据，
本申请第三方面实施例的计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上面实施例所述的检测热影响区温度的方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请的一个实施例的检测热影响区温度的系统的框图；
图2是根据本申请的一个实施例的矩阵分布的测温点的主视图；
图3是根据本申请的一个实施例的矩阵分布的测温点的俯视图；
图4中(a)和(b)是根据本申请的一个实施例的基体和盲孔的空间位置的具体尺寸的俯视图；
图5中(a)和(b)是根据本申请的一个实施例的基体和盲孔的深度的具体尺寸的侧视图；
图6是根据本申请的一个实施例的检测热影响区温度的方法的流程图。
附图标记：
检测热影响区温度的系统100；
传感器10、数据装置20。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考附图1描述根据本申请第一方面实施例的检测热影响区温度的系统。
其中，在本申请的实施例中，前期可以统计不同工艺参数下的热影响区的尺寸，在检测热影响区温度时，参照统计数据预估基体的热影响区，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，通过激光器对基体进行激光熔覆，激光器可以按照一定的速度移动扫描。
图1是根据本申请的一个实施例的检测热影响区温度的系统的框图，如图1所示，本申请实施例的检测热影响区温度的系统100包括温度传感器10、数据装置20。
其中，温度传感器10与设置在热影响区的多个测温点一一对应设置，用于检测对应测温点的温度。由于热影响区主要集中在基体的内部，而在本发明实施例中，多个测温点设置在热影响区的不同位置的不同深度，因而，温度传感器10不仅可以采集基体靠近表面的温度还可以采集基体内部的温度即可以采集热影响区不同空间位置的温度，从而，可以获得更加全面、完整的热影响区的温度参数。
数据装置20用于获取多个测温点的温度检测数据，记录熔覆时间，根据温度检测数据和熔覆时间获得熔覆方向上各个测温点的温度时间曲线，以及根据熔覆速度将不同时刻的温度时间曲线转换为同一时刻热影响区的温度空间分布，根据温度空间分布获得热影响区的温度数据。其中，熔覆速度可以直接设定，数据装置20根据设定信息确定熔覆速度，进而根据熔覆速度将不同时刻的温度时间曲线转换为同一时刻热影响区的温度空间分布，从而，可以获得熔覆过程中每个时刻热影响区空间的多点温度分布，了解随着熔覆的进行热影响区的温度变化过程，即获得更加全面、细致的热影响区的温度演化历程，可为研究材料的组织梯度、力学性能演化提供数据基础，也可作为模拟仿真结果的验证数据，为模型的修正提供指导。
进一步地，在实施例中，如图2和3所示，多个测温点呈矩阵分布，从而可以更好地分布整个热影响区，采集更加完整的热影响区的温度参数。并且，考虑到热影响区的对称性，矩阵设置在熔覆路径的一侧，矩阵覆盖位于熔覆路径的一侧的热影响区。其中，矩阵的每列的测温点具有不同的深度，例如图3中包括0.2mm，0.5mm，0.8mm，1.0mm和1.5mm，以采集热影响区不同空间位置的温度，测温点距离基体的表面的最小距离大于预设距离值以避免测温点接触到熔池。
具体地，如图3所示，沿熔覆路径的方向例如X方向，矩阵中测温点距离基体的表面的深度越来越大。在获得热影响区的温度数据时，数据装置20对矩阵中距离熔覆路径最远的测温点的温度检测数据进行修正，获得对应最大深度的测温点的基体的温度分布云图和温度变化率曲线，以作为热影响区的温度数据。
进一步地，由于激光热源以一定的速率进行移动扫描，因此每个测温点的最高温度持续时间是非常短的，这就要求整个测温系统必须有较高的响应速度。系统的响应速度越高，其测量的数据可靠性越高，因此在本申请的实施例中，温度传感器使用改进型的露端式K型高温热电偶，来提高系统的响应速度，通过使用露端式K型高温热电偶可以很好地提高系统的跟随性和温度测量精度。
在实施例中，每个测温点处设置盲孔，盲孔的孔径小于预设孔径阈值。具体地，通过参考不同工艺参数下的热影响区尺寸，可以在基体的热影响区的不同空间位置(包含不同深度)设置盲孔，只要满足露端式K型高温热电偶测温条件，可以将盲孔设计的很小，并且各个测温点的温度主要来自上方熔池的温度传导，因此盲孔对热影响区温度分布的影响非常小，可以在很大程度上减小温度检测误差。
举例说明，为了提高整个系统的响应速度，采用露端式K型高温热电偶和多通道数据装置20，对激光熔覆过程中基体的温度变化进行采集，采样频率为100Hz。在基体不同位置加工不同深度的若干盲孔，盲孔直径为1.2mm，测温基体和盲孔的空间位置的具体尺寸如图4(a)和(b)所示，其中，图4中(b)为对应图4中(a)的I部分的放大示意图，每行传感器之间的间距为1.5mm，最大水平距离为3*1.5＝4.5mm，每列温度传感器之间的距离为2mm，最大水平距离为3*2＝6mm。基体和盲孔的深度的具体尺寸如图5中(a)和(b)所示，其中，图5中(b)为对应图5中(a)中II部分的放大图，包括不同深度的盲孔例如深度为0.5mm、1.5mm、2.5mm和4mm。在盲孔中安装露端式K型高温热电偶(藕丝直径为1mm)，保证藕丝顶端与盲孔的端部有效接触，并使用热电偶专用耐温胶将热电偶固定。
参照图2-5所示，其中，矩阵分布的测温点设置在熔覆路径中心线X的一侧，并且考虑了熔池的深度将盲孔距表面的最小距离设计为0.2mm，避免使测温点接触到熔池。最远垂直距离即最大深度为1.5mm，最远水平距离为4.5mm，可以更好地覆盖热影响区的尺寸范围，结合数据装置20的通道数量，可以设计20个测温点，这20组温度演变数据可以完整全面地表示同一时刻基体内温度空间分布，并得到热影响区温度分布云图。如图2和3所示，按照测温位置距熔覆表面的深度，将20个露端式K型高温热电偶分别标注为Ai(i＝1-5)、Bi、Ci、Di及Ei五组，每组分别对应着深度为0.2mm、0.5mm、0.8mm、1.0mm及1.5mm五个深度位置。
具体地，激光器在基体表面从A1点到E1点沿中心线X匀速进行激光熔覆，采用多通道数据装置20以100Hz频率记录露端式K型高温热电偶采集的温度历程曲线。激光熔覆过程稳定后，可将热影响区的温度场当作一个随激光热源移动的稳定分布。由于激光热量集中、且热电偶距表面距离很近，可假设露端式K型高温热电偶所采集的温度来自于垂直方向的激光输入能量，通过熔覆速度将不同时刻的温度时间曲线转换为同一时刻基体内温度空间分布，并对距离中心线L最远的热电偶数据进行适当修正后，获得深度为1.5mm内基体温度分布云图与温度变化率曲线，作为热影响区分析依据，从而可以了解整个熔覆过程热影响区的温度变化情况，进而可以为研究材料的组织梯度、力学性能演化提供数据基础或者为仿真模拟结果提供修正依据。
概括来说，本申请实施例的检测热影响区温度的系统100，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，通过激光器对基体进行激光熔覆，减小了测温误差，获得完整的热影响区空间多点温度分布，可以准确测量激光熔覆过程熔覆区域的温度场演变；以及，使用改进型的露端式K型高温热电偶，可以提高系统的响应速度，还可以很好地提高系统的跟随性和温度测量精度。
下面参照附图描述根据本申请第二方面实施例的检测热影响区温度的方法。
其中，在本申请的实施例中，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，通过激光器对基体进行激光熔覆，该检测热影响区温度的系统可以直接测量获得准确可靠的温度参数，可为研究材料的组织梯度、力学性能演化提供数据基础，也可作为模拟仿真结果的验证数据，为模型的修正提供指导。
图6是根据本申请的一个实施例的检测热影响区温度的方法的流程图，如图6所示，本申请实施例的检测热影响区温度的方法包括步骤S1、步骤S2、S3和步骤S4。
步骤S1，获取多个测温点的温度检测数据。
具体地，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，每个测温点设置盲孔，将露端式K型高温热电偶安装在盲孔中，来对激光熔覆过程中基体内部的温度进行采集，并将获得的多个测温点的温度数据传输至数据装置。
步骤S2，记录熔覆时间，根据温度检测数据和熔覆时间获得熔覆方向上各测温点的温度时间曲线，其中熔覆方向上的不同测温点的温度曲线具有不同时刻。
步骤S3，根据熔覆速度将不同时刻的温度时间曲线转换为同一时刻热影响区的温度空间分布。
步骤S4，根据温度空间分布获得热影响区的温度数据。
根据本申请实施例的检测热影响区温度的方法，其中，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，即可以采集热影响区不同空间位置的温度，从而，可以获得更加全面、完整的热影响区的温度参数，减小测温误差，并根据熔覆速度将不同时刻的温度时间曲线转换为同一时刻热影响区的温度空间分布，可以获得完整的热影响区空间多点温度分布，可以准确测量激光熔覆过程熔覆区域的温度场演变。
进一步地，现有的通过非接触式测温仪来直接测温的方法，如CCD比色测温原理或多波长温度计和红外摄像头等，非接触式温度传感器基于黑体辐射的基本定律，辐射测温法包括亮度法、辐射法和比色法，这些方法可以直接便捷的测量基板的温度场分布，但其原理同时限制了该方法只能测量物体表面及侧面的温度，而不能获得完整的热影响区空间多点温度分布，且有的非接触测温仪有一定局限性如多波长温度计和红外摄像仪只能测得某些区域的平均温度，很难得到完整、细致的表面温度场。
为了解决上述进一步提出的问题，在本申请实施例中，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，多个测温点呈矩阵分布，从而可以更好地分布整个热影响区，采集更加完整的热影响区的温度参数。并且，考虑到热影响区的对称性，矩阵设置在熔覆路径的一侧，矩阵覆盖位于熔覆路径的一侧的热影响区，其中，矩阵的每列的测温点具有不同的深度，以采集热影响区不同空间位置的温度，测温点距离基体的表面的最小距离大于预设距离值以避免测温点接触到熔池，沿熔覆路径的方向，矩阵中测温点距离基体的表面的深度越来越来越大，根据温度空间分布获得热影响区的温度数据时，对矩阵中距离所述熔覆路径最远的测温点的温度检测数据进行修正；获得矩阵中距离基体的表面最大深度的测温点的温度分布云图和温度变化率曲线，以作为热影响区的温度数据。
总而言之，通过在基体的热影响区的不同空间位置设置多个测温点，在测温点直接安装温度传感器获得的温度参数，不仅可以采集基体表面的温度还可以采集内部温度，从而可以获得更加全面、完整的热影响区温度，具有准确可靠的优点，并且根据熔覆速度将不同时刻的温度时间曲线转换为同一时刻热影响区的温度空间分布，可以获得熔覆过程中热影响区在每个时刻的温度的变化情况，其一方面为研究材料的组织梯度、力学性能演化提供数据基础，也可作为模拟仿真结果的验证数据，为模型的修正提供指导。
本申请第三方面实施例的计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可实现上述所述的检测热影响区温度的方法。
本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种检测热影响区温度的系统，其特征在于，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，通过激光器对基体进行激光熔覆，多个所述测温点呈矩阵分布，所述矩阵设置在熔覆路径的一侧，所述矩阵覆盖位于所述熔覆路径的一侧的所述热影响区，其中，所述矩阵的每列的所述测温点具有不同的深度，所述测温点距离所述基体的表面的最小距离大于预设距离值以避免所述测温点接触到熔池，其中，沿所述熔覆路径的方向，所述矩阵中所述测温点距离所述基体的表面的深度越来越大；
所述系统包括：
与多个所述测温点一一对应设置的多个温度传感器，用于检测对应测温点的温度；
数据装置，用于在激光器沿熔覆路径对所述基体进行激光熔覆时，获取多个所述测温点的温度检测数据，记录熔覆时间，根据所述温度检测数据和所述熔覆时间获得熔覆方向上各个所述测温点的温度时间曲线，以及根据熔覆速度将不同时刻的所述温度时间曲线转换为同一时刻所述热影响区的温度空间分布，根据所述温度空间分布获得所述热影响区的温度数据。
2.根据权利要求1所述的检测热影响区温度的系统，其特征在于，所述数据装置在根据所述温度空间分布获得所述热影响区的温度数据时具体用于，对所述矩阵中距离所述熔覆路径最远的所述测温点的温度检测数据进行修正，获得对应最大深度的测温点的基体的温度分布云图和温度变化率曲线，以作为所述热影响区的温度数据。
3.根据权利要求1所述的检测热影响区温度的系统，其特征在于，所述温度传感器包括露端式K型高温热电偶。
4.根据权利要求3所述的检测热影响区温度的系统，其特征在于，每个所述测温点处设置盲孔，所述盲孔的孔径小于预设孔径阈值。
5.一种检测热影响区温度的方法，其特征在于，在预估的基体的热影响区的不同位置设置有不同深度的多个测温点，通过激光器对基体进行激光熔覆，多个所述测温点呈矩阵分布，所述矩阵设置在熔覆路径的一侧，所述矩阵覆盖位于所述熔覆路径的一侧的所述热影响区，其中，所述矩阵的每列的所述测温点具有不同的深度，所述测温点距离所述基体的表面的最小距离大于预设距离值以避免所述测温点接触到熔池，其中，沿所述熔覆路径的方向，所述矩阵中所述测温点距离所述基体的表面的深度越来越大；
所述方法包括：
在激光器沿熔覆路径对所述基体进行激光熔覆时，获取多个所述测温点的温度检测数据；
记录熔覆时间，根据所述温度检测数据和所述熔覆时间获得熔覆方向上各个所述测温点的温度时间曲线；
根据熔覆速度将不同时刻的所述温度时间曲线转换为同一时刻所述热影响区的温度空间分布；
根据所述温度空间分布获得所述热影响区的温度数据。
6.根据权利要求5所述的检测热影响区温度的方法，其特征在于，根据所述温度空间分布获得所述热影响区的温度数据，包括：
对所述矩阵中距离所述熔覆路径最远的所述测温点的温度检测数据进行修正；
获得所述矩阵中距离所述基体的表面最大深度的测温点的温度分布云图和温度变化率曲线，以作为所述热影响区的温度数据。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5或6所述的检测热影响区温度的方法。
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2019
- 2019-05-09 CN CN201910386431.9A patent/CN111256859B/zh active Active
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111256859A (zh) | 2020-06-09 |
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