激光打孔中出现的喷溅是由蒸气产生的反冲压力将熔融物挤压出小孔而造成的。那么在研究喷溅过程之前，首先要掌握温度场，即固态部分、液态熔池和气体的分布情况，这涉及到固相、包含相变的固-液相和液-气相的温度场计算，也就是激光热作用计算，然后才是喷溅过程的研究。因此，可以把研究过程分为理论、数值、实验三个部分。67238

理论方面，可将金属吸收的激光能量作为面热源处理。在给定热源、初始温度和材料热物理性质之后，激光加热材料的问题就可归结为热传导方程的求解。对于理想情况，研究者已经得到了一维[2]和轴对称模型[3]的固相温度场的解析式。在相变阶段，温度的计算转变为求解带有非线性固-液界面边界条件的热传导方程，较为复杂。相关解析计算通常限于一维[4]或者将熔池轮廓作为球面处理[5]，而多维的计算模型中，则是忽略了熔融潜热这个表征相变重要的参数[6]。若依据毫秒激光致金属材料产生熔池的过程建立轴对称模型，在考虑潜热的情况下可以得到熔池尺寸和温度演变的解析解。

随着计算机技术的发展，数值方法逐渐成熟，它在模拟真实事物发展方面具有极大的优势。常用的数值算法为有限差分法、有限元法及边界元法等。材料气化时，首先将产生气体形式的质量迁移。当蒸气引起的反冲压力超过抑制熔融物迁移的表面张力等力的作用时，才能产生喷溅形式的质量迁移。此时，气化速率、喷溅速率和质量迁移速率都直接影响到小孔的最终深度，于是研究者们对这些物理量进行了大量的计算[7-9]。然而，计算中的模型通常是一维稳态的，也就是说这三个速率均为常数。事实上，反冲压力将随着孔深度的增加而逐渐下降[10]，这又降低了喷溅和质量迁移速率。另外，当激光与材料的相对尺寸不满足一维条件时，需建立多维模型，这两个方面使得喷溅过程的解析计算变得非常困难。若针对毫秒激光打孔过程建立轴对称模型，通过解析计算可以得到小孔的尺寸，不过在求解中也做了材料一旦熔融就离开小孔的假设。此时即可采用计算机数值计算方法，可省去巨大的工作量。论文网

目前，计算熔池的数值方法可分为两类，一类基于热传导理论;另一类则基于流体力学理论，侧重于研究液体流动过程对传热的影响。也就是说，熔池出现后，热量传递有热传导和热对流两种方式。考虑到小孔成形过程本身也包含了气体与液体的流动，仅依靠热传导方程并不能详细描述这些现象，所以侧重考虑结合流体力学理论来进行研究。基于流体力学理论的计算一般是依据动量、质量和能量三个守恒方程构成的Navier-Stokes方程组模拟温度以及流场情况，再利用热平衡法[11]、流体体积法（Volume of Fluid）[12]或水平集法（Level Set）[13]追踪液态物质的自由面。与激光打孔过程较为近似的是激光深孔焊过程，目前研究者们也是对其中的小孔形成及塌陷过程进行了数值模拟[7-9]。但深孔焊过程本身并不涉及大量的物质迁移，且由于喷溅过程过于复杂，这些工作却没有考虑熔融物离开材料基体这个过程。

除了理论和数值计算这两个方面以外，还可以通过实验来研究激光打孔中出现的熔融物喷溅过程。这样可以更直观研究熔融物的喷溅轨迹、速率、加速度、质量以及蒸气对熔融物的反冲压力等。我们可以选择毫秒激光器进行实验，其能使小孔获得较高质量迁移率。其原因是材料发生了熔融和气化，产生了气体和熔融物喷溅形式的物质迁移。其中，喷溅是由蒸气引起的。蒸气在孔内产生反冲压力，将熔融物挤压到孔的底部。熔融物沿着孔的壁面流动，最终被喷射出去，从而出现喷溅。在激光冲击靶材的这一过程中，我们可以用高速摄影机拍下这一过程。通过研究拍下的一帧帧图片可绘出喷溅物运动轨迹，计算出喷溅速率和加速度。称量靶材激光冲击前后的质量即可得出熔融物的质量。熔融物的反冲压力测量是一个难点，可利用单摆法进行测量，如图1-1所示。当激光冲击单摆时，单摆将发生摆动。通过测量位移x来得到冲量，将冲量除以时间，即可得到反冲压力的一个平均值。 双脉冲激光联合打孔研究现状:http://www.751com.cn/yanjiu/lunwen_75362.html