CN112059182B - 一种电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的一种电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置及其测量方法，能更加简单方便的去检测成形零件表面温度，从而使得在测量表面温度时免受飞溅、堆积高度、工作台运动的影响；本发明所述的测量方法为接触式测温，可以测成形表面的温度；金属蒸汽防护挡板可以防止金属蒸汽对测温偶的污染，同时防止金属蒸汽对挡板铰链的污染，使该装置长期有效；测温偶送进有弹簧以及压敏原件，有效防止热电偶与成形基体发生硬碰撞，延长使用寿命、增加控制手段；该装置可连同加工程序，控制成形温度场趋于一致，使得成形过程更加稳定，大大改善成形外观质量以及内部组织和性能。

Description

一种电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置及其测量 方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置及其测量方法。
背景技术
电子束熔丝沉积成形技术是近年来发展起来的一种新兴增材制造技术。与其他增材制造技术一样，需要对零件的三维CAD模型进行分层处理，并生成加工路径。在真空环境下，利用高能电子束作为热源，熔化送进金属丝材，按照预定路径逐层堆积，并与前一层形成冶金结合，直至形成致密的金属零件。该技术具有成型速度快、零件设计自由度高、保护效果好、材料利用率高、能量转化率高等特点，适合大中型钛合金、铝合金等活性金属零件以及难熔合金零件的成型制造与结构修复。
电子束熔丝增材制造过程中，表面温度场对成型外形、内部显微组织以及力学性能有非常大的影响。电子束熔丝增材制造通常是要在基板上开始沉积成形，此时由于基板温度较低，成形宽度相对较小。随着成形高度的增加，基体温度会逐渐积累升高，成形宽度会逐渐增大，导致尺寸精度变差。同时，基体温度较低时熔化的金属液冷却速度快，晶粒细小，力学性能优良，而基体温度较高时，成形的晶粒尺寸粗大，柱状晶生长明显，力学性能较差。通过测量成形表面的温度以及温度变化的速率，可以反馈控制热输入，使得基体在相对稳定的温度场下成形，保证成形质量，优化工艺。目前成形表面的温度测量主要有两种技术，分别为红外温度检测技术和接触式热电偶测温技术，但是目前这两种技术都存在一定的技术问题。
对于红外温度检测技术，电子束熔丝增材制造是在封闭的真空室内完成的，气压远远低于熔化的液相金属的饱和蒸汽压，会有大量的金属蒸汽(气相金属)产生，严重干扰红外温度检测的测量精度。另一方面，真空室内温度相对较高，有可能损坏测温仪器。
对于接触式热电偶测温技术，受制于电子束增材成形过程中的高温环境、熔池、熔滴飞溅以及散射电子的干扰，接触式热电偶不得不安装在基板侧面或底部。无法探测到构件基体成形区域待测表面温度，并且随着堆积高度增加，测量数据误差逐渐增加。
发明内容
为了克服上述技术的不足，本发明的目的是提供一种电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置及其测量方法，能更加简单方便的去检测成形零件表面温度，从而使得在测量表面温度时免受飞溅、堆积高度、工作台运动的影响。
本发明所采用的技术方案是：一种电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置，包括金属蒸汽防护挡板、热电偶导向管、热电偶、弹簧导向管、导线、压敏传感器支架、压敏传感器、弹簧、圆形卡箍、安装板、送丝机和控制器，金属蒸汽防护挡板和圆形卡箍分别设置在热电偶导向管的两端，所述金属蒸汽防护挡板的上部与热电偶导向管铰接，金属蒸汽防护挡板的下部覆盖在热电偶导向管的管口上，所述热电偶导向管穿设在圆形卡箍中并与圆形卡箍固定连接，圆形卡箍与安装板固定连接，所述热电偶穿设在热电偶导向管中，所述压敏传感器支架的一端接触热电偶，另一端与送丝机连接，所述弹簧套设在压敏传感器支架上，所述弹簧的一端与热电偶固定连接，另一端与压敏传感器支架固定连接，弹簧与压敏传感器连接，压敏传感器通过导线与控制器连接，所述弹簧导向管穿设在热电偶导向管中并与压敏传感器支架固定连接，所述弹簧穿设在弹簧导向管中，所述控制器与送丝机电连接。
利用上述的电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置进行测量的方法，包括以下步骤：a、控制器控制送丝机运动，使送丝机带动压敏传感器支架沿热电偶导向管轴向移动，弹簧被压缩并推动热电偶沿热电偶导向管轴向移动，使热电偶推开金属蒸汽防护挡板并伸出于热电偶导向管外；b、热电偶接触到成形基体表面后，当弹簧压缩到设定长度，压敏传感器发出信号给控制器，控制器控制送丝机停止运动；c、热电偶对成形基体表面温度进行测量，每隔s比对前一个测量值，直至温度在连续s内不再升高，此时测出的温度即为成形基体表面温度；d、控制器控制送丝机运动，直至热电偶缩回到热电偶导向管中，此时防金属蒸汽挡板在重力作用下继续覆盖住热电偶导向管的管口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明所述的一种电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置及其测量方法，能更加简单方便的去检测成形零件表面温度，从而使得在测量表面温度时免受飞溅、堆积高度、工作台运动的影响；本发明所述的测量方法为接触式测温，可以测成形构件表面的温度；金属蒸汽防护挡板可以防止金属蒸汽对测温偶的污染，同时防止金属蒸汽对挡板铰链的污染，使该装置长期有效；测温偶送进有弹簧以及压敏原件，有效防止热电偶与成形基体发生硬碰撞，延长使用寿命、增加控制手段；该装置可连同加工程序，控制成形温度场趋于一致，使得成形过程更加稳定，大大改善成形外观质量以及内部组织和性能。
附图说明
图1是本发明的安装结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大示意图；
图3是本发明的表面温度测量装置的工作过程的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
如图1至图2所示，一种电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置，包括金属蒸汽防护挡板1、热电偶导向管2、热电偶3、弹簧导向管4、导线5、压敏传感器支架6、压敏传感器7、弹簧8、圆形卡箍9、安装板10、送丝机11和控制器。送丝机11为现有技术，送丝机11可以带动压敏传感器支架6实现向前或向后运动。
金属蒸汽防护挡板1和圆形卡箍9分别设置在热电偶导向管2的两端，所述金属蒸汽防护挡板1的上部与热电偶导向管2铰接，金属蒸汽防护挡板1的下部覆盖在热电偶导向管2的管口上，所述热电偶导向管2穿设在圆形卡箍9中并与圆形卡箍9固定连接，圆形卡箍9与安装板10固定连接。安装板10为固定端。安装板10固定安装在三维运动机构上，三维运动机构能带动安装板10沿X轴、Y轴或Z轴三个方向移动。
所述热电偶3穿设在热电偶导向管2中，所述压敏传感器支架6的一端接触热电偶3，另一端与送丝机11连接，所述弹簧8套设在压敏传感器支架6上，所述弹簧8的一端与热电偶3固定连接，另一端与压敏传感器支架6固定连接，弹簧8与压敏传感器7连接，压敏传感器7通过导线5与控制器连接，所述弹簧导向管4穿设在热电偶导向管2中并与压敏传感器支架6固定连接，所述弹簧8穿设在弹簧导向管4中，所述控制器与送丝机11电连接。
利用上述的电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置进行测量的方法，包括以下步骤：a、控制器控制送丝机11运动，使送丝机11带动压敏传感器支架6沿热电偶导向管2轴向移动，弹簧8被压缩并推动热电偶3沿热电偶导向管2轴向移动，使热电偶3推开金属蒸汽防护挡板1并伸出于热电偶导向管2外；b、热电偶3接触到成形基体表面后，当弹簧8压缩到设定长度，压敏传感器7发出信号给控制器，控制器控制送丝机11停止运动；c、热电偶3对成形基体表面温度进行测量，每隔1s比对前一个测量值，直至温度在连续3s内不再升高，此时测出的温度即为成形基体表面温度；d、控制器控制送丝机11运动，直至热电偶3缩回到热电偶导向管2中，此时防金属蒸汽挡板1在重力作用下继续覆盖住热电偶导向管2的管口。
上述实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。

Claims (2)

1.一种电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置，其特征在于：包括金属蒸汽防护挡板(1)、热电偶导向管(2)、热电偶(3)、弹簧导向管(4)、导线(5)、压敏传感器支架(6)、压敏传感器(7)、弹簧(8)、圆形卡箍(9)、安装板(10)、送丝机(11)和控制器，金属蒸汽防护挡板(1)和圆形卡箍(9)分别设置在热电偶导向管(2)的两端，所述金属蒸汽防护挡板(1)的上部与热电偶导向管(2)铰接，金属蒸汽防护挡板(1)的下部覆盖在热电偶导向管(2)的管口上，所述热电偶导向管(2)穿设在圆形卡箍(9)中并与圆形卡箍(9)固定连接，圆形卡箍(9)与安装板(10)固定连接，所述热电偶(3)穿设在热电偶导向管(2)中，所述压敏传感器支架(6)的一端接触热电偶(3)，另一端与送丝机(11)连接，所述弹簧(8)套设在压敏传感器支架(6)上，所述弹簧(8)的一端与热电偶(3)固定连接，另一端与压敏传感器支架(6)固定连接，弹簧(8)与压敏传感器(7)连接，压敏传感器(7)通过导线(5)与控制器连接，所述弹簧导向管(4)穿设在热电偶导向管(2)中并与压敏传感器支架(6)固定连接，所述弹簧(8)穿设在弹簧导向管(4)中，所述控制器与送丝机(11)电连接。
2.利用权利要求1所述的电子束熔丝增材制造零件用表面温度测量装置进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、控制器控制送丝机(11)运动，使送丝机(11)带动压敏传感器支架(6)沿热电偶导向管(2)轴向移动，弹簧(8)被压缩并推动热电偶(3)沿热电偶导向管(2)轴向移动，使热电偶(3)推开金属蒸汽防护挡板(1)并伸出于热电偶导向管(2)外；b、热电偶(3)接触到成形基体表面后，当弹簧(8)压缩到设定长度，压敏传感器(7)发出信号给控制器，控制器控制送丝机(11)停止运动；c、热电偶(3)对成形基体表面温度进行测量，每隔1s比对前一个测量值，直至温度在连续3s内不再升高，此时测出的温度即为成形基体表面温度；d、控制器控制送丝机(11)运动，直至热电偶(3)缩回到热电偶导向管(2)中，此时防金属蒸汽挡板(1)在重力作用下继续覆盖住热电偶导向管(2)的管口。
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