激光制造中金属熔池光热辐射机理及其光谱诊断

激光制造是国际近年发展的先进制造技术，已在航空航天、生物海洋等领域获得重要应用。高功率激光作用下的金属熔池存在能量、动量和质量传输过程，直接决定零件尺寸、精度与性能。在激光熔覆和熔池温度场检测研究基础上，本项目提出CCD光栅光谱技术检测激光熔池光热辐射谱方案，建立其光热辐射数学物理和实验模型，从基础特性方面探索其光热辐射机制，为激光制造设备设计、材料选择及工艺优化提供理论与实验依据。. 研究内容：激光与金属粉末流相互作用机理；激光熔池内外传热、传质、对流理论及温度与成形检测；激光熔池光热辐射机理与CCD光栅光谱试验检测。. 主要创新：基于Mie光/微粒子散射和Beer-Lambert光在介质中透射理论，研究激光在金属粉末流中散射、衍射、吸收和透射机理；基于Plank热辐射和傅立叶导热定律，建立激光熔池光热辐射数学物理模型，采用CCD光栅光谱技术检测其光热辐射谱分布。

激光制造是国际近年发展的先进制造技术，已在航空航天、生物海洋等领域获得重要应用。激光熔池中存在能量、动量和质量传输过程，直接决定激光制造零件尺寸、精度与性能。深入研究激光熔池中的光热辐射，对于研究其内在规律及物理机制有重要的科学价值，对激光制造的工业应用具有指导作用。本项目在国内首次建立了激光熔池光纤CCD光栅光谱检测系统，系统由CCD光栅光谱仪、传像光纤、集光单元等组成；开发出直插送粉式激光工作头，对激光制造工艺进行了优化。在国内首次实验检测了激光制造中激光粉末流与激光熔池的光谱分布，实现了运动状态下激光熔覆过程中激光熔池的光谱检测；对激光透过金属粉末流的衰减率进行了实验检测，获得理论分析与试验检测基本一致的结果。