激光金属沉积是一种典型的金属增材制造技术,可以通过动态调控工艺参数实现大型、高性能复杂构件制造,所以被广泛地应用在航空航天、快速原型制造、生物医疗等领域。激光金属沉积工艺涉及的物理化学过程复杂,包括激光衰减、热量传递、激光与粉末及熔融金属的相互作用、熔池动力学以及熔池凝固行为等各方面,导致工艺条件控制困难,构件性能可预测性差。熔池是工艺过程中最基本的制造单元。研究表明,熔池在工艺过程中的尺寸形态与工艺参数和构件的组织性能有重要的联系。目前已有的研究采用各种技术手段成功获取丰富的熔池形态信息作为性能预测与闭环控制的依据,但并未对信号进行充分的利用,构件性能预测效果不够理想。本文针对高温合金IN625的激光金属沉积过程,基于机器视觉技术提取熔池的尺寸与形态描述量,研究工艺中熔池形态描述量与工艺参数和构件最终性能组织的关系,从而为工艺过程的条件控制与构件性能预测工作提供参考。主要完成工作分为以下几个方面:(1)使用Open CV对熔池图像进行处理与特征提取。获得了熔池的面积与周长,并进一步根据图像概念计算了熔池区域致密度。将熔池面积与熔池区域致密度作为两个主要研究的熔池特征量,进行了改变线能量密度的多道多层激光金属沉积实验,并在时域上分析了这两个熔池特征量的变化趋势。随着工艺的进行,两个特征量均在一个基本值附近波动,不同的不稳定现象表现出不同的波动频率与幅值,可以作为工艺过程中的有效监测数据。此外,重点讨论了本文中所涉及到的不稳定现象的典型熔池图像,并分析了不稳定现象的产生原因。(2)取每一层全部数据为一个样本,计算熔池特征值的均值与标准差作为代表该层数据情况的统计量。研究了不同层高、位置与边缘的靠近程度以及线能量密度下,熔池面积与熔池区域致密度两个统计量的变化情况,并分析了数据变化所代表的工艺系统状态。结果表明,熔池面积均值对于送粉稳定性判别的敏感程度较大,而熔池区域致密度及其标准差对于工艺系统初始缓冲过程激光的不稳定敏感程度较大。此外,联系线能量密度对试样块表面质量的影响,展望了熔池面积对提高试样块表面质量的工艺稳定性控制条件。(3)使用光学显微镜对比分析了不同层高、取样位置、送粉稳定性和线能量密度下试样块组织的形态特征,并设计了熔池排列规律性评价系数,量化分析了不同线能量密度以及取样位置的熔池排列。使用实验分析手段研究了试样块的成形质量、拉伸性能以及维氏硬度。结果表明,线能量密度不足时,试样块各位置性能一致性较差。讨论了时域下熔池特征值的变化特点、样本统计值相对各工艺条件的变化规律和对不同种类不稳定现象的可判别性。最后基于线能量密度的变化,讨论了工艺参数、熔池特征值与组织性能的关系。本文对多道多层试验熔池特征值的研究有助于快速识别激光金属沉积工艺的不稳定现象,丰富了激光金属沉积工艺的研究数据,对工艺参数选择快速化以及组织缺陷控制提前化的研究有了进一步深入的理解,从而能够帮助快速优化激光金属沉积工艺参数,缩短产品开发流程。