双脉冲激光联合打孔过程中物质迁移的实验研究及数值模拟

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本文针对毫秒激光打孔过程中由于动力不足熔融物质难以迁移出小孔,熔融物质在孔壁上残留形成重铸层,导致小孔堵塞的情况,运用新的双脉冲激光联合打孔方法促进孔内熔融物质的迁移,达到改善小孔质量的效果。在研究影响毫秒脉冲激光打孔因素的基础之上,探究了第二束纳秒脉冲激光产生冲击波的作用。联合两束脉冲激光进行激光打孔实验,并运用有限元分析对打孔过程进行了模拟,探究打孔过程中孔内熔融物质的迁移情况。毫秒激光打孔是双脉冲联合激光打孔的基础。首先进行毫秒脉冲打孔实验,得到激光能量增加与熔融物质喷溅速率的变化规律,激光能量越大喷溅速率越大,能量增加时,蒸汽反冲压力也随之增大。在毫秒激光能量为46.2J时,喷溅物速度可达24.3m/s,蒸汽反冲压力为1.007×10-3N。双脉冲联合激光打孔中,纳秒激光用来产生冲击波压力,利用其促进熔融物质离开。从实验与模拟计算两个角度探究了冲击波作用。结果表明孔深越深时,冲击波作用效果越不明显。小孔深度由0.5mm增至3mm时,孔内物质喷溅率由95.57%降至29.97%,物质迁移率显著降低。在进行双脉冲联合激光靶冲量实验时,蒸汽反冲压力与冲击波压力之和可达MPa量级。双脉冲实验结果显示相比单脉冲毫秒激光打孔,小孔深度增加了 9.9%~25.4%,纳秒激光的加入使得熔融物质迁移加强。第二束纳秒激光加入的时刻也决定了熔融物质迁移量的多少,在125μs时刻加入纳秒脉冲激光,小孔深度可同比增加17.2%,物质迁移率显著提高。
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