Pyromètre trois couleurs pour la mesure de l’absorptivité des métaux liquides à la longueur d’onde de chauffage

Les simulations numériques développées pour simuler les procédés industriels à haute température, tels que le soudage, nécessitent la prise en compte des propriétés physiques thermodépendantes du matériau et de paramètres d'entrée comme la fraction absorbée de la puissance laser, généralement utilisée dans ces procédés. La littérature mentionne des valeurs d'émissivité, donc d'absorptivité via la loi de Kirchhoff pour une longueur d'onde et une direction données, mais généralement pour une longueur d'onde de 645 nm. Cependant, dans le cas de métaux liquides, si l'on suppose que les propriétés radiatives sont relativement constantes en fonction de la température, la dépendance à la longueur d'onde existe. Par conséquent, cette étude vise à augmenter les connaissances sur l'émissivité/absorptivité spectrale des métaux liquides dans le domaine infrarouge et plus précisément pour les longueurs d'onde spécifiques des lasers utilisés lors du soudage. Expérimentalement, la puissance initialement émise par le laser peut être mesurée à l'aide d'un puissance-mètre calorimétrique. Mais l'absorptivité varie selon la longueur d'onde du laser et les principales longueurs d'onde laser utilisées dans l'industrie sont 1 064 nm (Nd:YAG), 1 070 nm (laser à fibre), 1 030 nm (lasers à diodes) et 10 mum (laser CO2). Cette étude porte sur un laser à fibre d'ytterbium de 1 070 nm. La mesure directe de l'absorptivité à la longueur d'onde du laser est possible mais pas lorsque le laser est allumé, car les signaux reçus par les instruments associés à l'expérience (pyromètre, spectroradiomètre, etc.) sont perturbés et saturés. Une solution consiste à traiter les signaux pendant le refroidissement, c'est-à-dire lorsque le laser est éteint. Cependant, la mesure de l'absorptivité suppose la connaissance de la température, conformément à la loi de Planck. Bien utilisée, la pyrométrie multispectrale est une méthode adéquate pour mesurer simultanément la température et l'émissivité. Dans ce cas, trois signaux mesurés à trois longueurs d'onde différentes suffisent : deux signaux pour la mesure de la température (avec une hypothèse sur le ratio d’émissivité déterminé au plateau de solidification) et, une fois celle-ci connue, un signal pour la mesure de l'absorptivité. Cette communication présente le développement théorique, lequel est testé sur les matériaux suivants : le fer, le zirconium et le nickel. Les résultats ainsi que les calculs d'incertitude sont également proposés.

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