纳秒激光加工中脉冲能量对熔体体积的影响

摘要

目的考察调节激光脉冲能量对纳秒激光加工中熔体体积控制的途径。方法通过纳秒激光加工实验中的微结构火山口相对高度随脉冲能量的变化规律,来间接反映熔体体积随脉冲能量的变化规律。在MATLAB环境下,通过有限元法基于双温模型模拟,研究纳秒激光脉冲作用于铝合金材料表面时脉冲能量对熔体体积的影响规律。结果在低能量密度下,可实现低于10%的火山口相对高度,远低于文献记载的高能量密度下~100%的火山口相对高度。随着激光脉冲能量的增加,模拟结果和实验结果都表明熔体体积随能量密度的增加而略有减少,这与文献模型相悖。结论在较宽的能量范围内,纳秒激光加工产生的熔体体积随激光脉冲能量密度的变化规律符合C Korner等人提出的模型,表明通过控制激光能量密度能够有效控制纳秒激光加工中的熔体体积。然而,在较低的能量密度下,熔体体积随能量密度反常变化规律意味着有其他因素伴随能量密度共同影响熔体体积,这种影响还有待进一步研究。