本發(fā)明涉及激光熔覆領(lǐng)域，尤其涉及一種激光熔覆過程中的缺陷在線診斷方法。

背景技術(shù)：

激光熔覆（Laser Cladding)亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。

在激光熔覆過程中，光致等離子體溫度的動(dòng)態(tài)變化與熔覆過程穩(wěn)定性和缺陷的產(chǎn)生有相當(dāng)大的關(guān)系，同時(shí)，光致等離子體與熔池狀態(tài)等又有緊密聯(lián)系，彼此影響，共同決定了熔覆過程的穩(wěn)定性和增材質(zhì)量。實(shí)時(shí)檢測(cè)等離子體在熔覆過程中的溫度動(dòng)態(tài)變化特征，能夠揭示熔覆過程的物理機(jī)制，指導(dǎo)熔覆生產(chǎn)并改善熔覆質(zhì)量。

我國(guó)的王宇寧等通過建立比色紅外測(cè)溫系統(tǒng)，對(duì)激光快速成形過程的溫度進(jìn)行測(cè)量，研究了各工藝條件對(duì)激光快速成形溫度的影響規(guī)律及對(duì)成形組織性能的影響；張保森等基于當(dāng)量法缺陷評(píng)價(jià)理論，結(jié)合激光熔覆層組織引起的超聲波衰減理論分析，對(duì)激光熔覆層中缺陷進(jìn)行了無損評(píng)價(jià)；羅開玉等采用超聲無損檢測(cè)法對(duì)熔覆層的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和分析，對(duì)激光熔覆參數(shù)對(duì)熔覆質(zhì)量的影響機(jī)制進(jìn)行理論分析，結(jié)合激光熔覆質(zhì)量的超聲波回波特征分析，確定熔覆層中缺陷的存在類型，并給出工藝參數(shù)的修改方向；閆曉玲等建立了激光熔覆再制造零件中超聲傳播及缺陷檢測(cè)數(shù)學(xué)模型，模擬了激光熔覆再制造零件中橫連接孔、裂紋缺陷的回波信號(hào)，比較了數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的一致性；楊柳杉等利用電荷耦合器件CCD攝像機(jī)、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)等設(shè)備建立了一套激光熔覆熔池視覺檢測(cè)系統(tǒng)，通過VC++平臺(tái)結(jié)合圖像處理算法，對(duì)CCD采集到的熔池圖像進(jìn)行閾值分割處理和偽彩色等處理，自主開發(fā)了一套用于熔池圖像處理的專用軟件，并建立了熔覆表面缺陷與熔池圖像特征之間的關(guān)系模型；洪蕾等分析了激光熔覆熔凝中等離子體藍(lán)紫光信號(hào)強(qiáng)度與熔覆層質(zhì)量間的關(guān)系，結(jié)果表明檢測(cè)到的信號(hào)波動(dòng)較小時(shí)，熔覆層表面質(zhì)量較好。進(jìn)而表明，光譜診斷在質(zhì)量檢測(cè)上的應(yīng)用，可以主要表現(xiàn)為對(duì)于光譜信號(hào)波動(dòng)情況的研究，將信號(hào)的波動(dòng)情況與實(shí)際成形相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由信號(hào)波動(dòng)推斷成型質(zhì)量的研究。

Smurov等人使用輻射高溫計(jì)測(cè)量加工區(qū)域熔池的溫度分布，測(cè)量熔池形狀與面積，并借助熔池面積與熔池深度的關(guān)聯(lián)，間接計(jì)算熔覆層的高度；M.L. Griffith等人通過使用比色成像分析系統(tǒng)，獲取熔池及周邊熱場(chǎng)的溫度分布情況，進(jìn)而利用溫度場(chǎng)信息作為激光快速成形系統(tǒng)的反饋信息，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制；Rometsch P A等使用多色X射線技術(shù)，對(duì)選擇性激光熔融的哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金制品進(jìn)行了射線檢測(cè)靈敏度試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，射線檢測(cè)的分辨率不僅與材料的厚度有關(guān)，還與缺陷的位置有很大的關(guān)系，且對(duì)于2mm厚的該類制品，射線檢測(cè)的分辨率為0.2mm，對(duì)于10mm的厚度，分辨率則不到2mm；Jyoti Mazumder等在增材熔覆過程中對(duì)鉻的含量等情況進(jìn)行光譜分析的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在熔覆成形過程中，實(shí)時(shí)測(cè)得Cr原子百分含量為20.96%，實(shí)時(shí)測(cè)得H13合金粉末中，Cr原子百分含量為5.27%。由此，實(shí)現(xiàn)了在增材熔覆過程中等離子體及熔池成分的分析、標(biāo)定。

上述研究采用各種方法對(duì)熔覆過程進(jìn)行了光譜分析及檢測(cè)，然而沒有基于光譜診斷等離子體溫度的文獻(xiàn)或方法對(duì)激光熔覆過程中的熔覆缺陷進(jìn)行研究。

在激光熔覆過程中，激光束作為一種高能密度熱源，當(dāng)其輻射到金屬材料上時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的金屬蒸汽和高溫高密度等離子體，從而輻射出相應(yīng)的元素特征譜線，而結(jié)合確定的特征譜線，根據(jù)等離子體溫度計(jì)算方法，可以實(shí)時(shí)確定等離子體的溫度。由于在不同的實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)工藝下，對(duì)應(yīng)的等離子體溫度是不同的，對(duì)應(yīng)的成型效果也是有差異的，即等離子體在熔覆過程中的溫度動(dòng)態(tài)變化是與熔覆實(shí)時(shí)成型相對(duì)應(yīng)的。因此，根據(jù)二者間的對(duì)應(yīng)聯(lián)系本發(fā)明提出一種激光熔覆過程中的缺陷在線診斷方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上述分析，本發(fā)明提出了一種激光熔覆過程中的缺陷在線診斷方法，本發(fā)明針對(duì)激光熔覆過程中的多種熔覆缺陷進(jìn)行光譜分析，利用對(duì)熔覆過程中光致等離子體溫度變化的實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)測(cè)熔覆過程，從而實(shí)現(xiàn)激光熔覆過程中缺陷的在線診斷。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種激光熔覆過程中的缺陷在線診斷方法，其中在線診斷裝置包括光纖光譜儀，所述光纖光譜儀經(jīng)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連接，所述光纖光譜儀還經(jīng)光纖與光纖探頭相連接，所述光纖探頭經(jīng)探頭夾具與激光熔覆系統(tǒng)中的熔覆頭相連接，使光纖探頭與熔覆頭保持實(shí)時(shí)相對(duì)靜止，所述方法包括以下步驟： 步驟1、對(duì)待熔覆工件進(jìn)行預(yù)處理； 步驟2、調(diào)整所述光纖探頭的位置； 步驟3、當(dāng)激光熔覆過程開始的同時(shí)，通過所述光纖探頭采集激光熔覆過程中產(chǎn)生的光致等離子體光譜信號(hào)，并將上述光譜信號(hào)經(jīng)光纖光譜儀送入計(jì)算機(jī)； 步驟4、從所述計(jì)算機(jī)顯示界面上觀察不同波長(zhǎng)的光致等離子體的相對(duì)輻射強(qiáng)度隨時(shí)間波動(dòng)的情況以及元素特征峰的分布情況，并結(jié)合在NIST提供的在線數(shù)據(jù)庫中查到的元素特征峰所對(duì)應(yīng)的參量，確定作為分析對(duì)象的若干特征元素譜線； 步驟5、利用確定的若干特征元素譜線，根據(jù)Boltzmann作圖法，二譜線或多譜線等離子體溫度計(jì)算方法，實(shí)時(shí)確定光致等離子體溫度，并做出其與時(shí)間對(duì)應(yīng)的時(shí)域圖； 步驟6、結(jié)合上述光致等離子體溫度隨時(shí)間波動(dòng)的時(shí)域圖，判斷激光熔覆過程中光致等離子體溫度是否存在急劇波動(dòng)或變化； 步驟7、如果存在，則說明在激光熔覆過程中存在制造缺陷； 步驟8、如果不存在，則說明在激光熔覆過程中不存在制造缺陷。

優(yōu)選的是，所述光纖探頭配以準(zhǔn)直透鏡。

優(yōu)選的是，所述光纖光譜儀采樣頻率不小于10Hz，光譜分辨率不低于0.15nm。

優(yōu)選的是，所述探頭夾具包括經(jīng)由套筒結(jié)構(gòu)形成垂直狀的橫向柱桿和豎直柱桿，所述橫向柱桿的一端固定在固定側(cè)板上，所述固定側(cè)板用于與熔覆頭相連接，所述豎直柱桿的下端部形成螺旋柱，圓形柱桿的上端設(shè)有與所述螺旋柱相匹配使用的螺帽，所述螺帽上還設(shè)有緊固螺絲，在所述圓形柱桿的下端部設(shè)有連接孔，探頭固定夾經(jīng)螺栓固定在所述圓形柱桿下端部的連接孔處。

優(yōu)選的是，所述步驟1中的預(yù)處理包括對(duì)待熔覆工件的待熔覆表面進(jìn)行除油和除銹處理。

優(yōu)選的是，在所述步驟2中，將所述光纖探頭設(shè)置在距激光束的入射位置30~80mm、并且高出所述待熔覆工件待熔覆上表面10~30mm的位置，同時(shí)還要確保所述光纖探頭的采集位置與激光束在所述待熔覆工件待熔覆表面的入射位置實(shí)時(shí)重合。

優(yōu)選的是，所述步驟4中，元素特征峰所對(duì)應(yīng)的參量包括波長(zhǎng)、輻射強(qiáng)度、躍遷概率、激發(fā)能級(jí)以及統(tǒng)計(jì)權(quán)重。

優(yōu)選的是，當(dāng)所述步驟5中的時(shí)域圖的信號(hào)特征不明顯時(shí)，選取限幅濾波法、中位值濾波法、算術(shù)平均濾波法、加權(quán)遞推平均濾波法、復(fù)合濾波法中的一種或幾種進(jìn)行信號(hào)處理，以突出曲線特征。

優(yōu)選的是，所述步驟7中還包括以下步驟： 步驟71、判斷激光熔覆過程中光致等離子體溫度的時(shí)域曲線是否由相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)陡降波動(dòng)或變化； 步驟72、如果是，則說明在激光熔覆過程中存在凹陷的缺陷； 步驟73、如果否，判斷激光熔覆過程中光致等離子體溫度的時(shí)域曲線是否由相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)陡升波動(dòng)或變化； 步驟74、如果是，則說明在激光熔覆過程中存在凸起或嚴(yán)重氧化缺陷。

本發(fā)明的該方案的有益效果在于上述激光熔覆過程中的缺陷在線診斷方法，可以獲得十分準(zhǔn)確的光致等離子體光譜信息，并快速準(zhǔn)確地計(jì)算出等離子體溫度，確定等離子體溫度的實(shí)時(shí)變化，進(jìn)一步判斷激光熔覆過程缺陷的產(chǎn)生、出現(xiàn)時(shí)刻以及缺陷類型，以用于實(shí)際生產(chǎn)中激光熔覆過程的缺陷在線監(jiān)測(cè)，并為下一步實(shí)現(xiàn)激光熔覆過程的在線質(zhì)量控制打下了基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明所涉及的光譜采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖以及基于同軸送粉的激光熔覆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2示出了本發(fā)明所涉及的探頭夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3示出了本發(fā)明所涉及的激光熔覆過程中的缺陷在線診斷方法的流程圖。

圖4示出了所選特征元素譜線的頻域分布圖。

圖5示出了本發(fā)明所涉及的第一實(shí)施例中產(chǎn)生嚴(yán)重氧化缺陷時(shí)宏觀成型實(shí)物示意圖與相應(yīng)光致等離子體溫度時(shí)域曲線的關(guān)聯(lián)圖。

圖6示出了本發(fā)明所涉及的第二實(shí)施例中產(chǎn)生凹陷缺陷時(shí)宏觀成型實(shí)物示意圖與相應(yīng)光致等離子體溫度時(shí)域曲線的關(guān)聯(lián)圖。

圖7示出了本發(fā)明所涉及的第三實(shí)施例中產(chǎn)生凸起（焊瘤）缺陷時(shí)宏觀成型實(shí)物示意圖與相應(yīng)光致等離子體溫度時(shí)域曲線的關(guān)聯(lián)圖。

附圖標(biāo)記：1-光纖光譜儀，2-計(jì)算機(jī)，3-光纖探頭，4-探頭夾具，5-工作臺(tái)，6-工件，7-激光束，8-粉末，9-Ar保護(hù)氣，10-熔覆層，11-光致等離子體，12-固定側(cè)板，13-橫向柱桿，14-豎直柱桿，15-套筒結(jié)構(gòu)，16-螺旋柱，17-圓形柱桿，18-連接孔，19-探頭固定夾，20-緊固螺絲，21-螺帽，A-第一區(qū)域，B-第二區(qū)域，C-第三區(qū)域，D-第四區(qū)域，E-第五區(qū)域，F(xiàn)-第六區(qū)域，G-第七區(qū)域，H-第八區(qū)域，I-第九區(qū)域。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明所涉及的光譜采集系統(tǒng)包括光纖光譜儀1，所述光纖光譜儀1經(jīng)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)2相連接，所述光纖光譜儀1還經(jīng)光纖與光纖探頭3相連接，所述光纖探頭3可經(jīng)探頭夾具4與激光熔覆系統(tǒng)中的熔覆頭相連接，使光纖探頭3與熔覆頭保持實(shí)時(shí)相對(duì)靜止，所述光纖探頭3還可以根據(jù)實(shí)際情況任意調(diào)節(jié)位置和角度。

所述探頭夾具4的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需求來設(shè)計(jì)，在本實(shí)施例中，所述探頭夾具4的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括經(jīng)由套筒結(jié)構(gòu)15形成垂直狀的橫向柱桿13和豎直柱桿14，所述橫向柱桿13的一端固定在固定側(cè)板12上，所述固定側(cè)板12用于與熔覆頭相連接，所述豎直柱桿14的下端部形成螺旋柱16，圓形柱桿17的上端設(shè)有與所述螺旋柱16相匹配使用的螺帽21，所述螺帽21上還設(shè)有緊固螺絲20，在所述圓形柱桿17的下端部設(shè)有連接孔18，探頭固定夾19經(jīng)螺栓固定在所述圓形柱桿17下端部的連接孔18處。在使用時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)所述橫向柱桿13以及豎直柱桿14的位置；通過所述螺旋柱16、圓形柱桿17上端的螺帽21以及所述螺帽21上的緊固螺絲20，可以使所述探頭固定夾19繞所述螺旋柱16旋轉(zhuǎn)任意角度；所述探頭固定夾19還可以繞所述螺栓所在軸線旋轉(zhuǎn)任意角度。因此本實(shí)施例所涉及的探頭夾具4能夠滿足多個(gè)自由度的需求。

本實(shí)施例中的激光熔覆過程是基于同軸送粉的激光熔覆系統(tǒng)進(jìn)行的，基于同軸送粉的激光熔覆系統(tǒng)屬于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例中只給出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖1所示，基于同軸送粉的激光熔覆系統(tǒng)包括基于西門子機(jī)床控制系統(tǒng)（精確控制熔覆頭的運(yùn)動(dòng)）的AFS-C860V型激光熔覆設(shè)備（圖中未具體示出）及工作臺(tái)5，工件6剛性固定于所述工作臺(tái)5上，激光束7垂直照射在工件6待熔覆表面，聚焦位置在材料表面，同時(shí)按一定速率進(jìn)行同軸送粉，進(jìn)行激光熔覆，在增材熔覆過程中，將保護(hù)氣以一定的流量進(jìn)行輸送，以防止熔覆層10的表面氧化。上述熔覆過程屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不做詳盡的說明。

在本實(shí)施例中，所述工件6采用316L不銹鋼板材，所述工件6的加工規(guī)格均為120×60×5mm。粉末8采用316L粉末，所述粉末8的粒度范圍為44~150μm。送粉器采用具有高精度和重復(fù)精度的GTV PF 2/2MF 型送粉器，送粉速率為13.4g/min。所述保護(hù)氣采用Ar保護(hù)氣9，流量為10L/min。所述激光束7由德國(guó)IPG Photonics公司生產(chǎn)的YLS-6000型摻鐿光纖激光器產(chǎn)生，該激光器的最大輸出功率6000W，產(chǎn)生激光的波長(zhǎng)范圍在1060~1070nm，光束質(zhì)量BPP≥4.0，在本實(shí)施例中，將激光器的輸出功率設(shè)定在1000W。所述光纖光譜儀1采用AvaSpec-ULS2048-8-USB2多通道型光纖光譜儀，可在接收外觸發(fā)信號(hào)僅延遲1.3 μs后開始采樣（時(shí)間抖動(dòng)±21ns），最大采樣頻率可達(dá)900幅光譜/秒，采集波長(zhǎng)范圍為200~1100nm（光譜分辨率為0.11±0.001nm），在本實(shí)施例中，所述光纖光譜儀1的采樣頻率不小于10Hz，光譜分辨率不低于0.15nm。所述光纖探頭3配以COL-UV/VIS 準(zhǔn)直透鏡。在具體熔覆過程中，可以將激光器的輸出功率、掃描速度、送粉速率和保護(hù)氣四個(gè)參數(shù)作為可控變量，分別分析其在產(chǎn)生較小波動(dòng)或較大變化時(shí)，導(dǎo)致產(chǎn)生熔覆缺陷的情況，其中掃描速度是指所述熔覆頭在AFS-C860V型激光熔覆設(shè)備控制下的行走速度。

本發(fā)明所涉及的激光熔覆過程中的缺陷在線診斷方法的流程圖如圖3所示，具體包括以下步驟：

步驟1、對(duì)待熔覆工件6進(jìn)行預(yù)處理，如圖3中步驟S201所示；在熔覆之前，需要選取相應(yīng)的待熔覆工件6及熔覆粉末8，為了提高缺陷的診斷精度，需要對(duì)待熔覆工件6的待熔覆表面進(jìn)行除油和除銹等處理，之后將待熔覆工件6剛性固定在工作臺(tái)5上的合適位置，以最大程度的防止熔覆過程中產(chǎn)生的工件變形。

步驟2、調(diào)整所述光纖探頭3的位置，如圖3中的步驟S202所示；將所述光纖探頭3設(shè)置在距所述激光束7的入射位置30~80mm、并且高出所述工件6待熔覆上表面10~30mm的位置，同時(shí)還要確保所述光纖探頭3的采集位置與激光束7在所述工件6待熔覆表面的入射位置（即熔覆過程的實(shí)時(shí)熔池位置）實(shí)時(shí)重合。

步驟3、當(dāng)激光熔覆過程開始的同時(shí)，通過所述光纖探頭3采集激光熔覆過程中產(chǎn)生的光致等離子體光譜信號(hào)，并將上述光譜信號(hào)經(jīng)光纖光譜儀1送入計(jì)算機(jī)2，如圖3中的步驟S203所示。

步驟4、從所述計(jì)算機(jī)2顯示界面上觀察不同波長(zhǎng)的光致等離子體的相對(duì)輻射強(qiáng)度隨時(shí)間波動(dòng)的情況以及元素特征峰的分布情況，并結(jié)合在NIST（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所NIST(national institute of standard and technology)）提供的在線數(shù)據(jù)庫中查到的元素特征峰所對(duì)應(yīng)的參量，確定作為分析對(duì)象的若干特征元素譜線，如圖3中步驟S204所示。具體的元素特征峰所對(duì)應(yīng)的參量包括波長(zhǎng)（λ）、輻射強(qiáng)度（A_mn）、躍遷概率（E_n）、激發(fā)能級(jí)（E_m）、統(tǒng)計(jì)權(quán)重（g_m）等參量，在本實(shí)施例中，最終選出作為分析對(duì)象的六條特征元素譜線為FeI375.7nm，F(xiàn)eI383.9 nm，F(xiàn)eI385.9 nm，F(xiàn)eI387.2 nm，F(xiàn)eI387.8 nm和FeI388.6 nm，所選特征元素譜線的參數(shù)表如表1所示。

表1 所選FeI譜線參數(shù)表

從表1可以看出，所選的六條特征元素譜線均滿足如下要求：(1)譜線的躍遷概率、統(tǒng)計(jì)權(quán)重值較準(zhǔn)確；(2)譜線間上能級(jí)激發(fā)能之差△E要盡量大些；(3)所選譜線的波長(zhǎng)范圍要盡可能?。?4)無自吸收和干擾譜線，譜線強(qiáng)度的差別不宜太大；(5)所選特征譜線要強(qiáng)度適中、輪廓性好、特征明顯、相對(duì)獨(dú)立。如圖4所示。

步驟5、利用確定的若干特征元素譜線，根據(jù)Boltzmann作圖法，二譜線或多譜線等離子體溫度計(jì)算方法，實(shí)時(shí)確定光致等離子體溫度，并做出其與時(shí)間對(duì)應(yīng)的時(shí)域圖，如圖3中步驟S205所示；其中Boltzmann作圖法的精確度最高。

步驟6、結(jié)合上述光致等離子體溫度隨時(shí)間波動(dòng)的時(shí)域圖，判斷激光熔覆過程中光致等離子體溫度是否存在急劇波動(dòng)或變化，如圖3中步驟S206所示。

步驟7、如果存在，則說明在激光熔覆過程中存在制造缺陷，如圖3中步驟S207所示。

步驟8、如果不存在，則說明在激光熔覆過程中不存在制造缺陷，如圖3中步驟S208所示。

當(dāng)步驟5中的時(shí)域圖的信號(hào)特征不明顯時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行一定的信號(hào)處理，以突出其曲線特征。具體的可根據(jù)實(shí)際情況選取限幅濾波法、中位值濾波法、算術(shù)平均濾波法、加權(quán)遞推平均濾波法、復(fù)合濾波法等濾波方式中的某一種或幾種進(jìn)行信號(hào)處理，以便突出其曲線特征。

對(duì)于步驟7中存在制造缺陷的情況下，可以通過以下步驟進(jìn)一步判斷是何種缺點(diǎn)：

步驟1、判斷激光熔覆過程中光致等離子體溫度的時(shí)域曲線是否由相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)陡降波動(dòng)或變化。

步驟2、如果是，則說明在激光熔覆過程中存在凹陷的缺陷。

步驟3、如果否，判斷激光熔覆過程中光致等離子體溫度的時(shí)域曲線是否由相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)陡升波動(dòng)或變化。

步驟4、如果是，則說明在激光熔覆過程中存在凸起（焊瘤）或嚴(yán)重氧化缺陷。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，激光熔覆后的熔覆成型實(shí)物示意圖如圖5（a）所示，所述熔覆層10分為第一區(qū)域A、第二區(qū)域B，所述第一區(qū)域A的熔覆層10在熔覆過程中有Ar保護(hù)氣9進(jìn)行保護(hù)，而所述第二區(qū)域B的熔覆層10在熔覆過程中沒有Ar保護(hù)氣9進(jìn)行保護(hù)，這種情況就是模擬在生產(chǎn)過程中保護(hù)氣產(chǎn)生較大變化時(shí)的情況。

在激光熔覆的過程中，通過所述光纖探頭3采集激光熔覆過程中波長(zhǎng)范圍為200~1100nm的光致等離子體11光譜信息，并將上述光譜信息經(jīng)光纖光譜儀1送至計(jì)算機(jī)2中，通過對(duì)比確定對(duì)314~419nm波段進(jìn)一步分析。觀察不同波長(zhǎng)的等離子體的相對(duì)輻射強(qiáng)度隨時(shí)間波動(dòng)的情況及元素特征峰的分布情況，并結(jié)合在NIST提供的在線數(shù)據(jù)庫中查到的元素峰對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)、輻射強(qiáng)度、躍遷概率、激發(fā)能級(jí)、統(tǒng)計(jì)權(quán)重等參量，選出FeI375.7nm，F(xiàn)eI383.9 nm，F(xiàn)eI385.9 nm，F(xiàn)eI387.2 nm，F(xiàn)eI387.8 nm和FeI388.6 nm六條譜線確定為特征譜線，利用確定的六條特征元素譜線及其相應(yīng)特征參量，根據(jù)Boltzmann作圖法，實(shí)時(shí)確定等離子體溫度，并做出其與時(shí)間對(duì)應(yīng)的時(shí)域圖，如圖5（b）所示。結(jié)合5（a）以及5（b），通過分析等離子體溫度隨時(shí)間的波動(dòng)或變化情況，在線實(shí)時(shí)判斷出熔覆缺陷是否出現(xiàn)及出現(xiàn)的時(shí)刻，以達(dá)到對(duì)激光熔覆過程缺陷監(jiān)測(cè)的目的。

在本實(shí)施例中，可以看出所述第一區(qū)域A的熔覆層10在熔覆過程中有Ar保護(hù)氣9進(jìn)行保護(hù)，而所述第二區(qū)域B的熔覆層10在熔覆過程中沒有Ar保護(hù)氣9進(jìn)行保護(hù)，結(jié)合圖5（b）可以看出當(dāng)保護(hù)氣狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的光致等離子體溫度也會(huì)發(fā)生較明顯變化，其變化與形成的缺陷嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。即，有氬氣保護(hù)時(shí)，熔覆成型較為良好，光致等離子體溫度較低，波動(dòng)性較?。欢鴽]有氬氣保護(hù)時(shí)，熔覆成型很差，氧化嚴(yán)重，光致等離子體溫度相對(duì)較高，波動(dòng)性較大。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，激光熔覆后的熔覆成型實(shí)物示意圖如圖6（a）所示，所述熔覆層10分為第三區(qū)域C，第四區(qū)域D，第五區(qū)域E以及第六區(qū)域F，所述第三區(qū)域C和第五區(qū)域E的熔覆層10在熔覆過程中激光器的輸出功率為1200W，而所述第四區(qū)域D和第六區(qū)域F的熔覆層10在熔覆過程中激光器的輸出功率為700W，這種情況就是模擬在生產(chǎn)過程中激光器的輸出功率產(chǎn)生較大變化時(shí)的情況。

基于特征譜線FeI375.7nm，F(xiàn)eI383.9 nm，F(xiàn)eI385.9 nm，F(xiàn)eI387.2 nm，F(xiàn)eI387.8 nm和FeI388.6 nm及其相應(yīng)特征參量，根據(jù)Boltzmann作圖法，實(shí)時(shí)確定等離子體溫度，并做出其與時(shí)間對(duì)應(yīng)的時(shí)域圖，如圖6（b）所示。從圖中可以看出當(dāng)圖線的狀態(tài)由所述第三區(qū)域C和第五區(qū)域E的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)陡降波動(dòng)或者變化時(shí)（所述第四區(qū)域D和第六區(qū)域F），說明激光熔覆過程中存在凹陷缺陷。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，激光熔覆后的熔覆成型實(shí)物示意圖如圖7（a）所示，所述熔覆層10分為第七區(qū)域G，第八區(qū)域H以及第九區(qū)域I，所述第七區(qū)域G和第九區(qū)域I的熔覆層10在熔覆過程中的掃描速度為5mm/s，而所述第八區(qū)域H的熔覆層10在熔覆過程中的掃描速度接近為0（近乎停止），這種情況就是模擬在生產(chǎn)過程中掃描速度產(chǎn)生較大變化時(shí)的情況。

基于特征譜線FeI375.7nm，F(xiàn)eI383.9 nm，F(xiàn)eI385.9 nm，F(xiàn)eI387.2 nm，F(xiàn)eI387.8 nm和FeI388.6 nm及其相應(yīng)特征參量，根據(jù)Boltzmann作圖法，實(shí)時(shí)確定等離子體溫度，并做出其與時(shí)間對(duì)應(yīng)的時(shí)域圖，如圖7（b）所示。從圖中可以看出當(dāng)圖線的狀態(tài)由所述第七區(qū)域G和第九區(qū)域I的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)陡升波動(dòng)或者變化時(shí)（所述第八區(qū)域H），說明激光熔覆過程中存在凸起（焊瘤）缺陷。

通過以上三個(gè)實(shí)施例可以得出以下結(jié)論：所述光致等離子體溫度的時(shí)域曲線（或信號(hào)處理后的時(shí)域圖）處于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，無熔覆缺陷產(chǎn)生；當(dāng)其急劇波動(dòng)或變化時(shí)，產(chǎn)生熔覆缺陷，具體表現(xiàn)為：圖線狀態(tài)由相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)陡降波動(dòng)或變化時(shí)，出現(xiàn)凹陷缺陷（如圖6所示）；圖線狀態(tài)由相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)陡升波動(dòng)或變化時(shí)，出現(xiàn)凸起（焊瘤）缺陷（如圖7所示）或氧化嚴(yán)重缺陷（如圖5所示）。

本發(fā)明所涉及的激光熔覆過程中的缺陷在線診斷方法，可以獲得十分準(zhǔn)確的光致等離子體光譜信息，并快速準(zhǔn)確地計(jì)算出等離子體溫度，確定等離子體溫度的實(shí)時(shí)變化，進(jìn)一步判斷激光熔覆過程缺陷的產(chǎn)生、出現(xiàn)時(shí)刻以及缺陷類型，以用于實(shí)際生產(chǎn)中激光熔覆過程的缺陷在線監(jiān)測(cè)，并為下一步實(shí)現(xiàn)激光熔覆過程的在線質(zhì)量控制打下了基礎(chǔ)。