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根据热传导理论的模型大多疏忽了重力、反冲压力和粘滞力等对激光打孔的影响，且仅考虑资料的固-液相变进程，疏忽了资料的液-气相变进程，因而仅能模仿激光打孔进程中的温度分布状况。其他，激光打孔进程中资料产生相变会导致资料的热物理特征产生阶跃跳变，需要对随温度改动的资料参量进行滑润处理。资料的熔化和气化蒸腾进程还涉及到粘滞力和反冲压力的效果，以及相变潜热和热对流的影响，因而根据热传导理论建立准确的激光打孔模型较为困难。本文中以航空涡轮发动机叶片常用的GH镍基高温合金为研讨方针，根据流体传热和流体力学理论建立了控制方程组，模型中考虑了重力、反冲压力和粘滞力的效果，也考虑了资料的固/液相变和气/液相变进程，提高了激光打孔模型的准确性。通过核算得到了激光打孔相变进程中纷歧起间的温度场分布、熔池活动速率以及气化蒸腾速率，为进一步打开激光打孔的研讨奠定了理论基础。
1．1有限元模型
本文中有限元模型的建立、参量设置、间隔条件设置、求解以及后处理等均基COMSOLMULTIPHYSICS多物理场仿真软件。为便于核算，有限元模型选用2维模型，分为上下两个矩形域。上矩形域为空气，长4mm，高4mm;下矩形域为GH镍基高温合金，
长4mm，高1mm。考虑到模型准确性，一起减少核算量，在空气以及资料外表以下0．5mm左右的深度结构较细的网格，其它区域构建较粗的网格，网格类型选用三角形网格。
1．2控制方程
假设激光打孔进程中首要遭到重力、粘滞力和反冲压力的效果，熔化和气化资料的传热进程首要遭到热传导和热对流的效果。
1．3初始条件和间隔条件
(1)初始值速率u=0m/s，压力p=1×Pa，T为环境温度，则有T=K。
(2)温度间隔条件设置为绝热，间隔方程为:－κ·T=0
(3)速度间隔条件设置为无滑移间隔，间隔方程为:u=0
1．4空气与GH镍基高温合金物理参量
在资料产生固-液相变和液-气相变进程中，资料的密度ρ也会产生两次阶跃性跳变，简略导致求解进程出现独特。本文中也选用Heaviside滑润函数对其进行处理，改进了模型的收敛性。
GH镍基高温合金的密度ρ
GH应用领域
因为在℃以下具有中等的热强性和杰出的热疲惫功用，可广泛应用于各种高要求的场合。
航空发动机
燃烧室
加力燃烧室零部件
酸性环境
涡轮工作叶片
GH化学成份
C(％):0.03～0.10
Cr(％):13.0～16.0
Mo(％):2.00～4.00
Ni(％):余量
W(％):5.00～7.00
Al(％):1.70～2.30
Ti(％):1.80～2.30
Fe(％):≤5.0
Si(％)≤:0.40
Mn(％)≤:0.50
P(％):0.
S(％):0.
其他(％):B≤0.02
Ce≤0.02
V0.10～0.50
GH物理功用
GH（GH37）密度
ρ=8.4g/cm3
GH（GH37）熔化温度规模
~℃
GH金相安排结构
该合金在规范热处理状况的安排为奥氏体基体和弥散分出的γ相，晶界有少量的M23C6和M6C型碳化物，晶内有块状的MC型碳化物。
GH工艺功用与要求
1、该合金具有杰出的可锻功用，锻造加热温度℃，终锻℃。
2、该合金的晶粒度均匀尺度与锻件的变形程度、终锻温度密切相关。
3、叶片热处理时，需缓慢加热，采用阶梯式加热曲线升温至固溶温度，控温要严峻。为使叶片功用安稳，应特别注意二次固溶时的冷却速度不能过快。
4、叶片机械加工之后，必要时为了消除外表层中的剩下应力，zui重制品零件应进行消除应力回火，其规范为：氩气中于℃加热2h，在加热箱内冷却至℃，然后空冷。随后再经℃，时效8h，空冷。经此规范处理后，不仅可消除叶片外表剩下应力，还可改善缺口敏感性。
2．1温度场模仿效果
激光作用0．80ms，1．20ms，1．60ms和1．70ms左右的温度场模仿效果。横纵坐标分别代表几何区域的长和高，单位为mm，色柱标明温度，单位为K。在激光加热前期阶段，激光束首要用于加热基体，激光束下方的资料抵达消融温度后，开始构成小的熔池，此刻激光能量以菲涅尔吸收的方法被资料外表吸收，其他能量被反射，传热进程以热传导方法为主。跟着加热时刻添加，热传导现象加重，熔池的深度随之添加。激光加热1．60ms左右，资料外表产生气化现象，在小孔表里压力差的效果下，气化资料沿笔直方向向上喷出，并与周围空气构成了热对流。激光加热1．70ms左右，资料气化蒸腾现象更加明显，气化后的资料进一步上升，并向周围涣散，构成了类似“蘑菇云”的形状。
2．2速度场模仿效果
池外表和熔池内部不同位置(x，y)的水平活动速率。熔池中心区域的水平活动速率较快，两端的水平活动速率较慢，水平活动速率最高为1．7m/s。能够看出，熔池外表的水平速率较高，越往下水平速率越低。
在激光加热前期阶段，熔池外表和内部的水平活动速率都较低，跟着激光效果时刻添加，熔池外表和内部的水平活动速率开始添加，但增速均较为缓慢。在激光加热1．70ms左右，熔池外表和内部的水平活动速率都活络上升。为熔池外表的笔直活动速率。从中能够看出，在激光加热0．50ms左右，熔池开始出现笔直流动。跟着时刻的添加，熔池的笔直活动速率不断添加，在激光加热1．70ms左右，熔池的笔直速率也活络上升。还能看出，接近熔池中心区域的笔直活动速率较快，熔池两端的笔直活动速率较慢，笔直活动速率最高为1．1m/s。
不同方位的压力随时刻改动的曲线。能够看出，在激光加热初始阶段，此刻的压力与大气压力相同，然后跟着激光加热时刻添加，压力开始缓慢的上升，在激光加热1．70ms左右，压力开始活络上升，中心点压力最大抵达1．38×Pa，并且间隔中心区域越近最大压力越大。
对比熔池水平缓笔直活动速率与压力的模仿效果能够看出，在激光加热1．70ms左右压力活络上升，间隔中心点越近最大压力越大，此刻速率场模仿中的熔池流速也在活络上升，且越接近熔池中心区域活动速率较快，标明蒸腾气体的反冲压力能够加快熔池的活动。
激光作用1．60ms，1．64ms，1．66ms和1．70ms时的资料气化蒸腾速率场模仿效果。横纵坐标分别代表几何区域的长和高，单位为mm，色柱标明速率，单位为m/s。在资料产生气化后，资料的最大气化蒸腾速率由1．60ms时的35m/s活络添加到1．70ms时的m/s。接近资料表面中心区域的资料蒸腾速率最高，向周围涣散的气化蒸腾资料在空气的阻力效果下速率逐步递减。
3结论
力学和流体传热理论建立了GH镍基高温合金激光打孔相变模型，核算了激光打孔相变进程的温度场分布、熔池活动速率以及气化蒸腾速率，模仿效果较好地展示了资料熔化和气化蒸腾的相变进程。
跟着激光效果时刻添加，资料相继产生熔化
和气化现象，熔化资料初期在粘滞力和重力的阻止作
用下活动较为缓慢，然后在气化蒸腾资料的反冲压力
下，熔池的活动速率活络添加，气化蒸腾资料沿笔直方
向从小孔喷射到空气中，并向周围空气中涣散。
为W、脉宽为1．70ms时，熔池的水平活动最高速率为1．7m/s，笔直活动最高速率为1．1m/s，资料最大气化蒸腾速率能够抵达m/s。
