一种激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置

摘要

一种激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置，包括基板、传感器支撑板、传感器阵列板、底板、压板；基板固定设置在底板上方；传感器阵列板固定设置在传感器支撑板上部；传感器支撑板滑动设置在基板下方，压板滑动设置在基板上方；传感器阵列板电性连接有数据采集装置；当需要进行模拟计算参数进行试验时，将标准试验平板设置在基板上，通过压板向下滑动，压紧标准试验平板，通过传感器支撑板的向上滑动，将传感器阵列板抵触在标准试验平板的下部，然后进行采用模拟计算参数进行激光熔覆焊试验，试验过程中通过采集装置动态采集试验过程中试验平板底部热场分布的动态变化，从而得到试验过程的热传导过程数据。

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光熔覆焊过程参数优化技术领域，具体涉及一种激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置。

背景技术

随着国内激光技术的不断发展，现已广泛应用在机械加工及机械再生修复技术领域，其中激光熔覆焊修复轴类零件已得到广泛应用；理论上激光熔覆焊具有热影响区域小、残余应力小、变形小的优点，但当激光熔覆焊应用于具有一定壁厚的平板结构零件修复时，其仍然要考虑激光熔覆焊热效应所引起的残余应力和变形问题，因此需要对激光熔覆的参数进行优化；激光熔覆的关键参数包括激光功率、光斑直径、焦点位置、熔池重叠率等，因为其参数较多，想要找到激光熔覆的最佳参数并非易事；实际生产中，对于壁厚、材料不同的待修复加工的平板结构零件，如果通过试验来寻找其最佳参数，其所花费的时间及成本均非常高昂，因此通过计算机建模得到通用模型，模拟计算得到激光熔覆的最佳参数，成为获得平板结构零件激光熔覆最佳参数的优选方法。

在计算机建模后，需要对通用模型进行验证和修正，同时建立起与加工材料相关的数据库，因此需要对不同材料、不同厚度模型的模拟计算得到的一系列参数进行试验，将试验过程采集到的热传导参数、应力变化参数及变形结果输入计算机，对模型进行回归修正；其中热传导过程是在标准试验平板的底部阵列粘结热传感器，通过阵列热传感器采集激光熔覆过程中试验平板底部热场分布的动态变化得到，但此种试验方法在粘结阵列热传感器、及连接热传感器时的工作量大、耗时长，同时热传感器使用一次即报废，导致试验成本过高，因此需要改善。

实用新型内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置，包括基板、传感器支撑板、传感器阵列板、底板、压板；基板固定设置在底板上方；传感器阵列板固定设置在传感器支撑板上部；传感器支撑板滑动设置在基板下方，压板滑动设置在基板上方；传感器阵列板电性连接有数据采集装置；当需要进行模拟计算参数进行试验时，将标准试验平板设置在基板上，通过压板向下滑动，压紧标准试验平板，通过传感器支撑板的向上滑动，将传感器阵列板抵触在标准试验平板的下部，然后进行采用模拟计算参数进行激光熔覆焊试验，试验过程中通过采集装置动态采集试验过程中试验平板底部热场分布的动态变化，从而得到试验过程的热传导过程数据。

为了实现所述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：一种激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置，包括基板、传感器支撑板、传感器阵列板、底板、压板；基板固定设置在底板上方；传感器阵列板固定设置在传感器支撑板上部；传感器支撑板滑动设置在基板下方，压板滑动设置在基板上方；传感器阵列板电性连接有数据采集装置；当需要进行模拟计算参数进行试验时，将标准试验平板设置在基板上，通过压板向下滑动，压紧标准试验平板，通过传感器支撑板的向上滑动，将传感器阵列板抵触在标准试验平板的下部，然后进行采用模拟计算参数进行激光熔覆焊试验，试验过程中通过采集装置动态采集试验过程中试验平板底部热场分布的动态变化，得到试验过程的热传导过程数据。

进一步的，底板上部四角固定设置有四个支撑柱，基板通过支撑柱固定设置在底板上方；基板中间设有基板通孔，基板上部设有一侧开放的试验板放置槽，试验板放置槽与基板通孔连通，试验板放置槽与开放侧相对的另一侧设有贯穿的试验板退出槽；试验板放置槽相对两侧设有贯穿的导柱安装孔、压板液压缸活塞杆孔，基板四角设有贯穿的支撑柱安装孔；支撑柱为底部设有连接法兰的台阶轴，支撑柱上端小轴径穿过基板的支撑柱安装孔，通过螺母将基板固定设置支撑柱上部。

进一步的，基板的导柱安装孔中固定设置有导柱，传感器支撑板四角设有传感器支撑板导向孔，通过导柱与传感器支撑板导向孔的配合，传感器支撑板滑动设置在基板的下方；传感器支撑板上部中间设有传感器支撑板凸台，传感器支撑板凸台滑动设置在基板的基板通孔中；传感器支撑板凸台上部中间设有传感器阵列板安装孔，传感器阵列板固定设置在传感器阵列板安装孔中；底板上部固定设置有支撑板液压缸，支撑板液压缸的活塞杆抵触在传感器支撑板底部，活塞杆驱动传感器支撑板向上滑动。

由选的，传感器支撑板底部中间固定设置有支撑板顶头，支撑板顶头周边设有加强筋，支撑板液压缸的活塞杆抵触在支撑板顶头的下端；在传感器支撑板底部设置支撑板顶头和加强筋，是确保活塞杆驱动传感器支撑板向上滑动时整体不会发生变形，避免传感器阵列板上设置的温度传感器出现与试验平板底部出现接触不良的情况而导致采集的温度不准确。

进一步的，压板设有压板通孔、压板液压缸活塞杆孔、压板导向孔，压板通过压板导向孔与导柱的配合，滑动设置在基板上方；基板下部固定设置有压板液压缸，压板液压缸的活塞杆穿过压板液压缸活塞杆孔延伸至基板上部；压板液压缸的活塞杆为台阶杆状，压板液压缸活塞杆上端的小杆径穿过压板的压板液压缸活塞杆孔，通过螺母将压板与压板液压缸活塞杆固定连接，压板液压缸活塞杆驱动压板的上下滑动。

进一步的，传感器阵列板包括传感器基板、温度传感器组合，温度传感器组合阵列设置在传感器基板上部。

进一步的，温度传感器组合包括弹性块、温度传感器、绝缘片，弹性块阵列固定设置在传感器基板上部，温度传感器固定设置在弹性块上部，绝缘片固定设置在温度传感器上部。

进一步的，弹性块顶部中间设有沉孔，温度传感器固定设置在沉孔中，绝缘片固定设置在弹性块顶部，温度传感器与绝缘片抵触。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型公开的一种激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置，包括基板、传感器支撑板、传感器阵列板、底板、压板；基板固定设置在底板上方；传感器阵列板固定设置在传感器支撑板上部；传感器支撑板滑动设置在基板下方，压板滑动设置在基板上方；传感器阵列板电性连接有数据采集装置；当需要进行模拟计算参数进行试验时，将标准试验平板设置在基板上，通过压板向下滑动，压紧标准试验平板，通过传感器支撑板的向上滑动，将传感器阵列板抵触在标准试验平板的下部，然后进行采用模拟计算参数进行激光熔覆焊试验，试验过程中通过采集装置动态采集试验过程中试验平板底部热场分布的动态变化，从而得到试验过程的热传导过程数据；采用该激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置，省去了以往试验时粘结阵列热传感器、及连接热传感器的工作，同时热传感器可重复使用，因此使得试验周期大幅缩短、试验成本大幅降低。

附图说明

图1为激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置外观示意图；

图2为激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置结构爆炸示意图；

图3为激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置剖视图一；

图4为激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置剖视图二；

图5为基板外观示意图；

图6为传感器阵列板外观示意图；

图7为传感器支撑板上部外观示意图；

图8为传感器支撑板下部外观示意图；

图9为压板外观示意图；

图10为传感器阵列板结构示意图。

图中：1、基板；1.1、基板通孔；1.2、试验板放置槽；1.3、试验板退出槽；1.4、支撑柱安装孔；1.5、导柱安装孔；1.6、压板液压缸活塞杆孔；2、传感器支撑板；2.1、传感器支撑板凸台；2.2、传感器阵列板安装孔；2.3、传感器支撑板导向孔；2.4、支撑板顶头；3、传感器阵列板；3.1、传感器基板；3.2、温度传感器组合；3.2.1、弹性块；3.2.2、温度传感器；3.2.3、绝缘片；4、底板；5、压板；5.1、压板通孔；5.2、压板液压缸活塞杆孔；5.3、压板导向孔；6、支撑柱；7、导柱；8、支撑板液压缸；9、压板液压缸；10、试验平板。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。

一种激光熔覆焊过程数值模拟验证的温度场数据采集装置，包括基板1、传感器支撑板2、传感器阵列板3、底板4、压板5；基板1固定设置在底板4上方；传感器阵列板3固定设置在传感器支撑板2上部；传感器支撑板2滑动设置在基板1下方，压板5滑动设置在基板1上方；传感器阵列板3电性连接有数据采集装置；

底板4为板状，上板面四角固定设置有四个支撑柱6，支撑柱6为底部设有连接法兰的台阶轴，上部为直径较小的螺纹轴，支撑柱6通过底部连接法兰与底板4固定连接；基板1为板状，中间设有矩形的基板通孔1.1，基板1上部设有一侧开放的试验板放置槽1.2，试验板放置槽1.2与基板通孔1.1连通，试验板放置槽1.2与开放侧相对的另一侧设有贯穿的试验板退出槽1.3；试验板放置槽1.2两侧设有贯穿的导柱安装孔1.5、压板液压缸活塞杆孔1.6，基板1四角设有贯穿的支撑柱安装孔1.4；支撑柱6上端小螺纹轴穿过基板1的支撑柱安装孔1.4，通过螺母将基板1固定设置支撑柱6上部；

基板1的导柱安装孔1.5为台阶孔，台阶孔的大孔径端朝下，导柱7为中间设有止推台阶面的短轴状，导柱7穿过基板1的导柱安装孔1.5，导柱7的止推台阶面设置在导柱安装孔1.5的大孔中，导柱7与基板1的导柱安装孔1.5为小过盈配合，实现导柱7与基板1的固定连接；

传感器支撑板2为板状，四角设有传感器支撑板导向孔2.3，通过导柱7与传感器支撑板导向孔2.3的配合，使传感器支撑板2滑动设置在基板1的下方，导柱7与传感器支撑板导向孔2.3之间为小间隙配合；传感器支撑板2上部中间设有矩形传感器支撑板凸台2.1，传感器支撑板凸台2.1滑动设置在基板1的基板通孔1.1中，传感器支撑板凸台2.1与基板1的基板通孔1.1为间隙配合；传感器支撑板凸台2.1上部中间设有传感器阵列板安装孔2.2，传感器阵列板3通过粘结固定设置在传感器阵列板安装孔2.2中；在底板4上部固定设置有支撑板液压缸8，支撑板液压缸8的活塞杆抵触在传感器支撑板2底部中间位置；

压板5为板状，中间设有压板通孔5.1，压板通孔5.1两侧对称设有压板液压缸活塞杆孔5.2、压板导向孔5.3，压板5通过压板导向孔5.3与导柱7的配合，滑动设置在基板1上方，压板导向孔5.3与导柱7之间为小间隙配合；基板1下部试验板放置槽1.2两侧固定设置有压板液压缸9，压板液压缸9的活塞杆为台阶杆状，上部为直径较小的螺纹轴，小螺纹轴穿过压板5的压板液压缸活塞杆孔5.2，延伸至压板5上部，通过螺母将压板5固定设置在压板液压缸9活塞杆的上端；

传感器阵列板3包括传感器基板3.1、温度传感器组合3.2，温度传感器组合3.2包括弹性块3.2.1、温度传感器3.2.2、绝缘片3.2.3；传感器基板3.1为印刷电路板，弹性块3.2.1采用弹性良好的硅胶材料，温度传感器3.2.2采用热容小、响应速度快的热敏电阻，绝缘片3.2.3采用特氟龙材质；弹性块3.2.1顶部中间设有沉孔，温度传感器3.2.2通过黏胶固定设置在沉孔中，在固定温度传感器3.2.2时，注意使温度传感器3.2.2与弹性块3.2.1上表面平齐或稍高于弹性块3.2.1上表面，然后再将绝缘片3.2.3粘结覆盖在弹性块3.2.1和温度传感器3.2.2的上表面，确保温度传感器3.2.2与绝缘片3.2.3可靠接触。

另外在传感器支撑板2底部中间还可固定设置支撑板顶头2.4，在支撑板顶头2.4周边与传感器支撑板2底部设置加强筋，支撑板液压缸8的活塞杆抵触在支撑板顶头2.4的下端；此结构以补强传感器支撑板2的整体刚性，防止支撑板液压缸8在顶紧时，传感器支撑板2发生变形，出现部分温度传感器3.2.2与试验平板10的底部产生接触不良的情况，导致最终采集到的数据出现失真的状况。

在初始状态下，支撑板液压缸8的活塞杆退回，传感器支撑板2在自身重力作用下，沿着导柱7向下滑动至最低位置，此时传感器阵列板3完全低于基板1的试验板放置槽1.2的底面；压板液压缸9的活塞杆伸出，推动压板5至最高位置；试验时，将待试验的试验平板10从试验板放置槽1.2的开放侧推入试验板放置槽1.2中，压板液压缸9的活塞杆退回，带动压板5向下滑动压紧试验平板10；然后支撑板液压缸8的活塞杆伸出，推动传感器支撑板2向上滑动，将传感器阵列板3压紧在试验平板10的下板面；传感器阵列板3在压紧过程中，弹性块3.2.1发生轻微压缩变形，确保所有温度传感器3.2.2上部的绝缘片3.2.3均与试验平板10底部可靠接触；当试验平板10设置好后，激光熔覆机通过压板5的压板通孔5.1在试验平板10指定区域进行进行激光熔覆试验，同时采集试验过程中试验平板底部热场分布的动态变化数据；

试验结束后，首先支撑板液压缸8的活塞杆退回，传感器支撑板2在自身重力作用下向下滑动，使传感器阵列板3上的温度传感器3.2.2与试验平板10脱离接触；然后压板液压缸9的活塞杆伸出，推动压板5向上滑动，松开对试验平板10的压紧；从基板1的试验板退出槽1.3插入推杆，将试验后的试验平板10试验板放置槽1.2的开放侧推出。

本实用新型未详述部分为现有技术。