[发明专利]纳秒激光烧蚀铝合金坑深仿真模型建立方法

说明书

本发明公开了一种纳秒激光烧蚀铝合金坑深仿真模型建立方法，该方法包括：建立激光烧蚀三维铝合金材料模型；确定铝合金材料的热力学参数；建立激光源模型；对所述激光烧蚀三维铝合金材料模型划分网格进行仿真模拟，直至达到稳定收敛，得到激光烧蚀三维铝合金材料模型参数。利用本发明，可以有效预测纳秒激光烧蚀铝合金坑深。

技术领域

本发明涉及激光烧蚀铝合金处理领域，具体涉及一种纳秒激光烧蚀铝 合金坑深仿真模型建立方法。

背景技术

对于铝合金的激光研究，目前大部分人都停留在激光焊接方面，而瞬 时高能量下的纳秒脉冲激光烧蚀铝合金，由于高能量和时间短，短时间内 就能达到非常高的温度，直接由固态变为气态发生烧蚀。而当下以马拉高 尼(Marangoni Effect)主导的热表面张力流与熔池表面张力波振荡 (capillary wave oscillation)引起的表面张力流的二维固相液相场模型 占据了激光作用于材料的主流，对激光烧蚀材料作用模拟的仿真，尤其是 瞬时高能量下的激光烧蚀铝合金材料具体去除方法(即高能激光瞬时作用 于材料表面的材料去除到底是经历了固液气三相转变还是直接由固态吸收 足够热量到气态，然后再在空气中冷凝的去除)目前还处在探索阶段。在 终端光学件中由于整体框架都有铝合金组成，高能激光通过光学元件反射 出来的微量杂散光落在铝合金腔体上容易造成铝合金烧蚀破坏，而烧蚀后 产生的等离子体冷却后又附着在光学镜片上造成二次污染，因此，如何定 量分析在不同能量密度的杂散光作用下激光烧蚀深度、材料喷射出的总体 积以及后续激光系统洁净防护工作都具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种纳秒激光烧蚀铝合金坑深仿真模型建立方法，以便有 效预测纳秒激光烧蚀铝合金坑深。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种纳秒激光烧蚀铝合金坑深仿真模型建立方法，所述方法包括：

建立激光烧蚀三维铝合金材料模型；

确定铝合金材料的热力学参数；

建立激光源模型；

对所述激光烧蚀三维铝合金材料模型划分网格进行仿真模拟，直至达 到稳定收敛，得到激光烧蚀三维铝合金材料模型参数。

可选地，所述建立激光烧蚀三维铝合金材料模型包括：

设置初始烧蚀位置为xoy平面，激光传输方向为z轴负方向，以激光 顶点位置为坐标系原点，将激光光斑直径、能量密度设置为可调参数。

可选地，所述铝合金材料的热力学参数包括以下任意一种或多种：汽 化热、熔化热、气化温度、熔化温度、比热容、泊松比、导热系数、辐射 系数、吸收率。

可选地，所述建立激光源模型包括：

采用高斯脉冲激光，并设置高斯脉冲激光的脉宽及频率；

建立高斯脉冲激光在空间上的分布表达式。

可选地，设置高斯脉冲激光的脉宽及频率为：

可选地，所述建立高斯脉冲激光在空间上的分布表达式包括：

按照以下公式建立高斯脉冲激光在空间上的分布表达式：

Q(x,y,t)＝emissivity·Laser(x,y)·Plulse(t)

式中，P为单脉冲激光能量，r为高斯光斑半径，emissivity为热辐射系 数，t为单脉冲辐照时间。

可选地，所述对所述激光烧蚀三维铝合金材料模型划分网络进行仿真 模拟包括：