本發(fā)明屬于激光智能制造領(lǐng)域，尤其涉及一種非平衡反應(yīng)潤濕行為分析裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，單一傳統(tǒng)材料的使用已經(jīng)難以滿足日益增長的工業(yè)需求。采用異質(zhì)材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠充分結(jié)合不同材料的優(yōu)點，在降低成本、減輕重量、緩解資源緊缺問題方面具有重要的意義。在異質(zhì)材料連接領(lǐng)域，激光連接由于具有熱影響區(qū)小、效率高、快速高效等優(yōu)點而備受青睞。其中，激光熔釬焊技術(shù)作為一種改進(jìn)的激光焊接技術(shù)，能夠大幅減少接頭中脆性化合物的形成，從而提高連接質(zhì)量。

2、對于異質(zhì)材料的連接，材料間的潤濕行為是影響連接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。良好的潤濕性意味著材料間能夠發(fā)生良好的冶金結(jié)合，因此在異質(zhì)材料連接過程中，明晰異質(zhì)材料的潤濕特性對于不同材料體系的工藝開發(fā)具有重要的意義。然而，目前關(guān)于潤濕性的研究大多是基于高真空下的等溫條件開展的，其實施主要依靠高溫潤濕爐。就潤濕而言，激光加工下的潤濕行為與等溫條件下的潤濕行為存在著極大的差異，例如更短的加熱時間、不同的氣氛環(huán)境、釬劑的使用以及強(qiáng)烈的不均勻溫度場等。這些顯著的差異均對加工過程中的潤濕行為具有顛覆性的影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)等溫潤濕研究的相關(guān)理論難以適用于描述激光加工過程。在實際生產(chǎn)過程中，對于填充材料的選擇、工藝參數(shù)的優(yōu)化、保護(hù)氣氛的選擇等依賴于工人本身的技術(shù)經(jīng)驗及大量的試驗摸索，這就導(dǎo)致對于不同材料體系的工藝開發(fā)需要消耗大量的人力物力。因此，開展激光加工下異質(zhì)材料非平衡潤濕行為的研究是十分有意義的。這項研究對于焊接過程中填充材料的選擇、工藝參數(shù)的優(yōu)化、保護(hù)氣氛的選擇等方面具有重要的理論指導(dǎo)意義，能夠有效節(jié)省試驗資源，降低對工人經(jīng)驗的依賴性，提升效率，推動異質(zhì)材料激光焊接行業(yè)的智能制造發(fā)展。

3、為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，需要開發(fā)專用于激光輻照下異質(zhì)材料非平衡潤濕行為分析的裝置，以克服現(xiàn)有等溫潤濕行為研究的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種非平衡反應(yīng)潤濕行為分析裝置及使用方法，以解決現(xiàn)有潤濕行為研究有局限性的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

2、一種非平衡反應(yīng)潤濕行為分析裝置，包括激光系統(tǒng)、氣氛調(diào)節(jié)系統(tǒng)、拍攝系統(tǒng)、升降系統(tǒng)和測溫系統(tǒng)；

3、所述氣氛調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括艙體，艙體包括上開口的中空殼體和用于啟閉所述中空殼體開口的上蓋，所述上蓋上設(shè)有防護(hù)鏡片，艙體的側(cè)壁上設(shè)有觀察組件，所述觀察組件包括兩個同軸設(shè)置在艙體兩側(cè)的觀察窗，艙體的上端設(shè)有泄壓閥，艙體的底部設(shè)有外部接口；

4、所述升降系統(tǒng)包括試驗升降平臺和兩個外部升降支架，升降平臺設(shè)置在艙體內(nèi)，升降平臺位于防護(hù)鏡片的下方，且升降平臺位于兩個觀察窗之間，外部升降支架設(shè)置在艙體外；

5、所述拍攝系統(tǒng)包括工業(yè)相機(jī)和背景光源，工業(yè)相機(jī)和背景光源分別對應(yīng)設(shè)置在兩個外部升降支架上，工業(yè)相機(jī)和背景光源對應(yīng)朝向兩個觀察窗；

6、所述測溫系統(tǒng)包括溫度傳感器，所述溫度傳感器與工控機(jī)電連接；

7、所述激光系統(tǒng)包括激光器以及與所述激光器連接的激光加工頭，基板設(shè)置在試驗升降平臺上，待熔化試樣設(shè)置在基板上，激光加工頭發(fā)生激光束，激光束穿過防護(hù)鏡片，并在待熔化試樣上形成激光光斑。

8、進(jìn)一步的，所述激光器為光纖激光器、半導(dǎo)體激光器、co2激光器中的一種，所述激光光斑為擺動光斑、環(huán)形光斑、環(huán)芯光斑、多模復(fù)雜光斑中的一種。

9、進(jìn)一步的，艙體為鋁艙體、鋼艙體或亞克力艙體。

10、進(jìn)一步的，外部接口與氣瓶相連或與真空泵相連，外部接口與氣瓶相連時，所述氣瓶內(nèi)設(shè)置有氬氣、氦氣、氮氣、二氧化碳?xì)怏w或混合氣；外部接口與真空泵相連時，所述真空泵的抽氣速率為3l/min-20l/min。

11、進(jìn)一步的，基板為圓形或矩形，基板的厚度為5mm-10mm，基板為圓形時，基板直徑為10mm-40mm，基板為矩形時，基板的邊長為10mm-40mm，待熔化試樣為球體、圓柱體、正方體或長方體，待熔化試樣為球體時，待熔化試樣的直徑為2mm-5mm；待熔化試樣為圓柱體時，待熔化試樣的直徑為2mm-5mm，高度為1mm-5mm；待熔化試樣為正方體時，待熔化試樣的邊長為2mm-5mm；待熔化試樣為長方體時，待熔化試樣的長度為2mm-5mm，待熔化試樣的寬度與長度一致，待熔化試樣的高度為1mm-5mm，基板的熔點比待熔化試樣的熔點高至少200攝氏度。

12、進(jìn)一步的，背景光源為氙氣燈或激光發(fā)生器，背景光源為氙氣燈時，功率范圍為50w-300w，背景光源為激光發(fā)生器，功率范圍為10w-30w，背景光源的波長為532nm或808nm。

13、進(jìn)一步的，工業(yè)相機(jī)為工業(yè)ccd相機(jī)、高速攝像機(jī)或紅外攝像機(jī)，工業(yè)相機(jī)為工業(yè)ccd相機(jī)時，工業(yè)相機(jī)的幀率范圍為15幀/秒-100幀/秒，工業(yè)相機(jī)上設(shè)有帶通濾光片，所述帶通濾光片的濾后波長為532nm或808nm；工業(yè)相機(jī)為高速攝像機(jī)時，工業(yè)相機(jī)的幀率范圍為200幀/秒-1000幀/秒，工業(yè)相機(jī)上設(shè)有帶通濾光片，所述帶通濾光片的濾后波長為532nm或808nm；工業(yè)相機(jī)為紅外攝像機(jī)時，工業(yè)相機(jī)的幀率范圍為15幀/秒-30幀/秒。

14、進(jìn)一步的，溫度傳感器為接觸式傳感器或非接觸式傳感器，溫度傳感器為接觸式傳感器時，溫度傳感器固定于艙體內(nèi)部，測量激光作用下待熔化試樣與基板的界面溫度；溫度傳感器為非接觸式傳感器時，溫度傳感器固定在試驗升降平臺上，溫度傳感器透過觀察窗測量待熔化試樣的表面溫度。

15、進(jìn)一步的，所述觀察組件和所述拍攝系統(tǒng)均為兩組，外部升降支架為四個，兩組觀察組件的觀察窗垂直布置，兩組所述拍攝系統(tǒng)與兩組所述觀察組件一一相對應(yīng)，四個外部升降支架兩兩一組分為兩組，兩組所述拍攝系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)置在兩組外部升降支架上。

16、本發(fā)明還提供了一種非平衡反應(yīng)潤濕行為分析裝置使用方法，依托于上述的一種非平衡反應(yīng)潤濕行為分析裝置實現(xiàn)，包括以下步驟：

17、步驟一、打開裝置艙體，將基板與待熔化試樣放置于試驗升降平臺上，調(diào)節(jié)試驗升降平臺和外部升降支架，使待熔化試樣的上表面、背景光源和工業(yè)相機(jī)處于同一直線；

18、步驟二、關(guān)閉裝置艙體，通過外部接口對艙體內(nèi)進(jìn)行抽氣或充氣處理；

19、步驟三、啟動所述激光器，激光加工頭發(fā)生激光束，激光束在待熔化試樣上形成激光光斑，調(diào)節(jié)所述激光器的激光功率和離焦量，激光功率的調(diào)節(jié)范圍為100w-5000w，離焦量的調(diào)節(jié)范圍為-20mm～+40mm，保持激光束的持續(xù)輸出，使待熔化試樣熔化后發(fā)生鋪展，通過工業(yè)相機(jī)和溫度傳感器實時記錄待熔化試樣的熔和鋪展過程，用于后續(xù)分析。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

21、本發(fā)明提出了一種非平衡反應(yīng)潤濕行為分析裝置，用于研究激光輻照下異質(zhì)材料的非平衡潤濕行為。這種裝置填補(bǔ)了傳統(tǒng)潤濕行為監(jiān)測技術(shù)不適用于非平衡狀態(tài)的研究的空白。本裝置的適用范圍廣泛，包括金屬和金屬之間、金屬和陶瓷之間、樹脂和金屬等多種異質(zhì)材料體系，顯示出卓越的材料適用性。此外，本發(fā)明具有高度的靈活性，可以根據(jù)具體的研究需求，滿足激光設(shè)備、加工參數(shù)、氣體環(huán)境等多個變量的測試優(yōu)化需求。通過優(yōu)化拍攝系統(tǒng)和測溫系統(tǒng)，有效屏蔽了激光干擾，從而在潤濕過程中實現(xiàn)了多角度、多信號的高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集，確保了數(shù)據(jù)的高可靠性。對于焊接過程中填充材料的選擇、工藝參數(shù)的優(yōu)化、保護(hù)氣氛的選擇等方面具有重要的理論指導(dǎo)意義，無須經(jīng)過大量的工藝試驗即可實現(xiàn)上述參數(shù)的優(yōu)化，這對于節(jié)省試驗資源、提高效率具有重大意義。因此，本發(fā)明不僅促進(jìn)了異質(zhì)材料激光智能制造技術(shù)的發(fā)展，也為相關(guān)行業(yè)的進(jìn)步提供了強(qiáng)有力的支持。