Контроль процессов лазерной обработки конструкционных материалов с помощью тепловизионной и спектральной техники

Проанализированы возможности тепловизионной и спектральной техники при организации контроля лазерных технологических процессов высокотемпературной модификации конструкционных материалов. Показано, что применение тепловизионной техники целесообразно при наладке этих процессов. Для непрерывного контроля более перспективно применение малогабаритной спектральной техники. Предложены решения, которые позволяют с ее помощью вести непрерывный контроль на основе определения двух параметров — эффективной температуры нагрева обрабатываемой поверхности в области воздействия лазерного излучения и параметра, связанного с эффективной площадью нагрева. Показана перспективность внедрения малогабаритных спектральных устройств непрерывного контроля в петлю обратной связи системы управления лазерными установками.

1. J. Dowden. The Theory of Laser Materials Processing, Springer Series in Materials Sciences, 119, New York, Springer (2009) 23—75

2. H. Kyogoku, T. Ikeshoji. Mech. Eng. Rev., 7, N 1 (2020) 1—19, doi: 10.1299/mer.19-00182

3. H. Helvajian. J. Laser Micro/Nanoengineering, 4, N 1 (2009) 1—6, doi: 10.1299/mer.19-00182

4. W. Xizhao, D. Jun, J. Ming, K. Shanhao, W. Baoye, Z. Xiaoyan. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 92 (2017) 4571—4581, doi: 10.1007/s00170-017-0413-z

5. F. Calignano, M. Galati, L. Iuliano. Mashines, 7, N 4 (2019) 72—93, doi: 10.3390/machines7040072

6. M. Skalon, B. Meier, A. Gruberbauer, S. Amancio-Filho. Materials, 13, N 3 (2020) 808—824, doi: 10.3390/ma13030808

7. H. Wang, W. Liu, Z. Tang, Y. Wang, X. Mei, K. M. Saleheen, Z. Wang, H. Zhang. Opt. Eng., 59, N 7 (2020) 070901(1—18), doi: 10.1117/1.OE.59.7.070901

8. S. Everton, M. Hirsch, P. Stravroulakis, R. Leach, A. N. Clare. Materials and Design, 95, N 5 (2016) 431—445, doi: 10.1016/j.matdes.2016.01.099

9. I. Eriksson. Optical Monitoring and Analysis of Laser Welding. Printed by Universitetstryckeriet, Luleе University of Technology (2011) 1—82

10. X. He, T. Deb Roy. J. Appl. Phys., 94, N 10 (2003) 6949—6958, doi: 10.1063/1.1622118

11. А. Н. Черепанов, В. П. Шапеев. Теплофизика и аэромеханика, 20, № 2 (2013) 239—253

12. В. И. Богданович, М. Г. Гиорбелидзе, А. В. Сотов, Н. Д. Проничев, В. Г. Смелов, А. В. Агаповичев. Изв. Самарского науч. центра Российской АН, 19, № 4 (2017) 105—114

13. T. Sibillano, A. Ancona, V. Berardi, P. Lugara. Sensors, 9, N 5 (2009) 3376—3385 doi.org/10.3390/s90503376

14. Y. Saadlaoui, J. Sijobert, M. Doubenskaia, F. Bertrand, E. Feulvarch, J. M. Bergheau. Crystals, 10, N 4 (2020) 246, doi: org/10.3390/cryst10040246

15. D. You, X. Gao, S. Katayama. Science and Technology of Welding and Joining, 19, N 3 (2014) 81—201, doi: 10.1179/1362171813Y.0000000180

16. J. Stavridis, A. Papacharalampopoulos, P. Stavropoulos. Int. J. Advanced Manufacturing Technology, 94 (2017) 1825—1847, doi: 10.1007/s00170-017-0461-4

17. Q. Pengyuan, W. Gang, G. Zhen, L. Xianghua, W. Liu. Materials, 12, N 20 (2019) 3322—3333, doi: 10.3390/ma12203322

18. G. Repossini, V. Laguzza, G. Marco, B. Colosima. Additive Manufacturing, 16 (2017) 35—48, doi: 10.1016/j.addma.2017.05.004

19. I. Zhirnov, D. Kotoban, A. Gusarov. Appl. Phys. A, 124, N 2 (2018) 157—166, doi: 10.1007/s00339017-1532-y

20. I. Zhirnov, C. Protasov, D. Kotoban, A. Gusarov. J. Thermal Spray Technol., 26, N 4 (2017) 648—660, doi: 10.1007/s11666-017-0523-z

21. D. Dagel, G. Grossetete, O. Danny. Measurement of Laser Weld Temperatures for 3D Model Input. Sandia National Laboratories, United States, New Mexico, 4–28 (2016)

22. D. Qu, J. Berry, N. Calta, M. Crumb, G. Guss, M. J. Mathews. Phys. Rev. Appl., 14 (2020) 014031—014043, doi: 10.1103/PhysRevApplied.14.014031

23. L. Jacquemetton, M. Piltch, D. Beckett. Thermal Calibration of Commercial Melt Pool Monitoring Sensors on a Laser Powder Bed Fusion System. Natl. Inst. Stand. Technol. Adv. Man. Ser., 100-35 (2020) 1—20, doi: 10.6028/NIST.AMS.100-35

24. W. Wójcik, V. Firago, A. Smolarz, I. Shedreyeva, D. Yeraliyeva. Sensors, 22 (2022) 742—764, doi: 10.3390/s22030742

25. V. Firago, W. Wojcik. Przegląd Elektrotech., 91, N 2 (2015) 208—214

26. В. А. Фираго. Цифровая термография, Минск, БГУ (2019) 195, 236

27. IMEC. Hyperspectral Imaging. Sensors. Available online: https://www.imecint.com/en/hyper-spectralimaging (accessed on 17 September 2018)

28. А. Н. Магунов. Спектральная пирометрия, Москва, Физматлит (2012) 23—38

29. V. A. Firago, W. Wojcik, M. S. Dzhunisbekov. Russ. Metallurgy (Metally), 11 (2019) 1224—1230, doi: 10.1134/S0036029519110053