•激光加工：连续激光、脉冲激光（焊接、抛光、切割、重熔、3D打印、钻孔、表面纹理）

•激光作用模式(>毫秒级)：热导、深熔（功率密度>~5e5 W/cm2）[1]

•研究目标：变形与应力（热循环与相变）、组织（热流和物质输运）、缺陷（热流）等。

•主体思路：模拟（温度、熔池、羽流、匙孔）+试验。

•高速摄影+图形软件：定性描述或半定量表征激光加工过程特性。

1.小孔观测方法

①X射线实时成像和先进光源：大阪大学Prof. Akira Matsunawa[2]；

清华大学赵沧老师[3]等。

②光学相干断层扫描：华中科技大学蒋平老师[4]等。

③高速摄影（三明治结构及改进方法）：湖南大学金湘中老师[5]、中科院力学所张越博士[6]、北京工业大学邹江林老师[7]等。

2.三明治方法玻璃选择

①钠钙玻璃。（高温抗力差）

②高硼硅玻璃（GG17等）。（可选）

③石英玻璃。（JGS1、JGS2和JGS3等）（可选，优于②）

3.三明治结构的改进

①三明治结构[6]

图1 三明治结构（两玻璃块，中间层为基体，激光作用在玻璃和基体界面。如果是激光焊接过程，激光器不动。三明治结构放置在走行机构上，控制三明治结构运动，使得高速摄像机总能捕捉到清晰的匙孔形貌）

②改进结构1

图2 改进结构1（右侧为玻璃块，左侧为基体，激光作用在玻璃和基体界面，高速摄像机放置在玻璃块侧。）

注意：结构①②玻璃会熔化，粘接到匙孔壁面，无法进行后续扫描电镜观察。

③改进结构2[8]

图3 改进结构2[8]（①或②的补充试验。无玻璃块，两片均为基体，通过夹子紧固或者打螺纹孔紧固。激光作用在基体界面，主要用于多脉冲打孔的匙孔壁面形态和残留物观察）

④改进结构3

图4 改进结构3（立板为试验板，激光能量的一半作用于板的边界，另外一半的激光能量通过平板遮挡。激光在立板侧面的反射问题可能需要评估下。考虑到机理试验，激光功率密度不会过大，试验人员不要停留在可能的激光反射区即可。这种结构可同时实现匙孔动态和后期匙孔壁面特征的观察）

图5 图4的改进，激光反射光会再次反射到立板，不会对人员造成危害。立板和斜板夹角30°即可

参考文献

[1] Cunningham R, Zhao C, Parab N D, et al. Science, 2019, 363:849-852.

[2] Seto N, Katayama S, Matsunawa A, et al. Quarterly Journal of the Japan Welding Society, 2001, 19(4): 600-609.

[3] Zhao C, Parab N D, Li X X, et al. Science, 2020, 370: 1080-1086.

[4] Ma D Y, Jiang P, Shu L S, et al. Journal of Manufacturing Systems, 2022, 65: 70-87.

[5] Jin X Z, Berger P, Graf T. J. Phys. D Appl. Phys. 2006, 39(21): 4703.

[6] 张越. 北京: 中国科学院大学, 2020.

[7] Zou J L, Ha N, Xiao R S, et al. Optics Express, 2017, 25(15): 17650.

[8] Mayi Y A, Dal M, Peyre P, et al. Comsol Conference, 2018.