用于材料加工的亚微秒激光脉冲序列：耦合气体动力学与传热建模

摘要： 多脉冲激光材料加工具有广阔前景，因其能更精准控制加工区与热影响区厚度并提升能效。为研究高重复频率下脉冲间相互作用机理，本文提出耦合模型：通过蒸发/冷凝的气动力学边界条件，将靶材传热与蒸汽及环境气体的气动力学过程相关联。针对奥氏体钢基材，分别计算了CO?激光单脉冲（300纳秒）与低强度脉冲序列（10微秒间隔，热效应相当）的作用效果。研究发现：脉冲序列通过靶材热积累产生相互作用，但无法通过气相交互；单脉冲加工时汽化现象更为剧烈。蒸汽发生轻微电离后通过逆轫致辐射吸收红外激光，其吸收系数与蒸汽域光学厚度在单脉冲模式下显著更高。这种吸收会引发光学击穿并触发等离子体屏蔽效应。多脉冲激光加工可有效避免等离子体点燃。