Contrôle des procédés industriels hautes températures par voie optique

Optical monitoring of high temperature industrial processes

• Auteur / Autrice : Maria Doubenskaia
• Direction : Igor Smurov, Philippe Bertrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Procédés de fabrication

Pyrométrie

Hautes températures

Résumé

Les pyromètres développés et fabriqués pour les mesures précises de température de luminance dans les conditions spécifiques de l'action laser, en combinaison avec les méthodes modernes de reconstitution de la température vraie, sont des instruments efficaces pour analyser les processus thermiques dans les applications laser. Le développement d'un système pyrométrique destiné à enregistrer la température de surface réelle, par exemple, durant l'action laser, entraîne d'importantes difficultés méthodologiques, qui sont déterminées par les paramètres du procédé : large gamme de température (300-4000°K), vitesses de chauffe et de refroidissement élevées (103-106 Ks-1) , petite taille de la zone chauffée (0. 8-15 mm), influence du rayonnement émis par le panache d'évaporation (plasma et produits évaporés en surface), forte variation des propriétés optiques et thermiques des matériaux, etc. Un ensemble de pyromètres a été utilisé pour contrôler la température de surface dans les procédés de soudage par laser Nd-YAG, d'action laser pulsée, de rechargement laser, etc. Un bon accord quantitatif est obtenu entre les résultats théoriques et expérimentaux pour l'action laser pulsée. Les innovations mentionnées ci-dessus ont offert un large éventail de possibilités d'application de la pyrométrie multichromatique pour la reconstitution de la température vraie dans les applications laser. La connaissance de la température vraie représente un grand intérêt sur le plan de l'analyse des transitions de phases, par exemple fusion / solidification ; ce qui est crucial dans le cas d'alliages multi-matériaux pour éviter la décomposition thermique des composants chimiques

Pyrometers developed and manufactured for precise measurements of the brightness temperature under specific conditions of laser action, in combination with the modern methods of reconstitution of the true temperature, are effective instruments for analysing thermal processes in laser applications. Development of a pyrometry system for the real surface temperature measurement, for example, during laser action, involves significant methodological difficulties, which are determined by the process parameters : broad temperature range (300-4000° K), high heating and cooling rates (103-106 Ks-1), small size of the heated zone (0. 8-15 mm), influence of the radiation emitted by the evaporation plume (plasma and matter evaporated at the surface), strong variation of the optical and thermal properties of materials, etc. A set of pyrometers was used to monitor the surface temperature in the processes of laser Nd-YAG welding, pulsed laser action, laser cladding, etc. A good quantitative agreement between the theoretical and experimental results for pulsed laser action is obtained. The above mentioned innovations offered a broad range of application possibilities for multichromatic pyrometry in reconstitution of the true temperature in laser applications. Knowledge of the true temperature represents a great interest from the point of view of the phase transition analysis, for example, melting / solidification ; that is crucial in the case of multi-materials alloys to avoid thermal decomposition of the chemical components