IMPAC IS 140红外测温仪在激光表面处理中的应用研究

摘要

随着激光技术在金属表面改性中的广泛应用，如何实现高温过程的精准温度控制成为影响材料性能和加工质量的关键因素。IMPAC IS 140红外测温仪作为一种高精度、非接触式温度测量设备，在激光熔融与激光气体氮化等表面处理过程中，展现出的测温性能。本文结合钛合金Ti6Al4V的高功率二极管激光（HPDDL）处理实验，探讨了IS 140测温仪在实时温度监测、发射率校准与激光吸收率估算等方面的重要作用，为高温金属材料激光加工的过程优化与控制提供了可靠支撑。

1. 引言

在激光表面处理如熔融（Laser Surface Melting）与气体氮化（Laser Gas Nitriding）过程中，熔池温度直接影响微观组织演化、化学反应动力学及最终表面性能。因此，温度测量的准确性尤为关键。传统接触式热电偶在高温、高梯度环境下存在响应迟缓、易损坏等问题，而红外测温技术因其非接触、快速、适应环境的特点，成为更优选择。

IMPAC IS 140红外测温仪是一款专为金属高温测量设计的红外仪器，具有宽广的测温范围（550–3300°C）及适用于短波红外的高灵敏度（0.7–1.1 µm波段），非常适合于如钛合金激光处理这类强反射、高熔点金属材料的温度监测。

2. 实验装置与应用场景

在研究中，作者采用ROFIN DL 020型高功率直射二极管激光器（主波长808 nm）对Ti6Al4V钛合金样品进行表面熔融与氮化处理。IS 140测温仪用于实时监测处理区域表面温度，实验装置包括：

• 激光系统

• 运动平台

• 气体输送系统（氩气/氮气）

• IMPAC IS 140红外测温仪

• W-Mo非标准热电偶（用于校准）

• 数据记录系统（Agilent 34970A）

3. 测温仪具体应用功能分析

3.1 实时温度测量

在激光照射过程中，IS 140实时记录熔池表面温度变化。例如，在氩气气氛下熔融处理时测得温度约为1870°C，而在纯氮气环境下进行氮化时，温度显著升高至2200°C。这一差异对分析气氛影响、控制激光能量输入具有重要意义。

3.2 发射率校准

由于红外测温值依赖设定的表面发射率，实验中通过与热电偶读数对比，对每种表面状态进行发射率校准。典型值如下：

此举大大提高了测温准确性，为精确热输入控制提供数据支持。

3.3 吸收率估算

根据Kirchhoff定律，金属在热平衡状态下的发射率等于其对相同波长辐射的吸收率。由此可得，氮气氛下熔池的吸收率为0.9–0.98，远高于氩气下的0.6–0.65。这种差异可解释为何氮化处理时熔深显著增加，有助于激光参数优化与理论建模。

4. 优势与技术意义

• ? 非接触测温：避免扰动熔池，适合高温高速环境

• ? 短波测量：匹配808 nm激光波长，提高反射金属表面测量准确度

• ? 动态响应快：可捕捉熔池温度快速变化过程，辅助激光功率调节

• ? 发射率可校准：配合热电偶实现高精度测温，为后续吸收率、热传导模型提供依据

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IMPAC IS 140红外测温仪在钛合金激光表面处理中的应用展示了其高温测量的可靠性和多功能性。通过实时温度监测、发射率校准与吸收率推算，该设备为实现激光工艺的精准控制与材料性能提升提供了重要保障。在未来的工业应用与基础研究中，IS 140及其配套系统将继续发挥关键作用。