一、选题背景及意义
激光应用的重要物理基础是激光与材料相互作用物理学。金属材料受到激光作用，吸收激光能量，引起温度升高，可能产生融化、气化、喷溅、产生小孔甚至产生等离子体等现象，而这些现象正是金属激光加工技术的基础（激光焊接、加工、表面改性、快速成型、激光细微加工技术等）。在激光深熔焊接过程中，当高功率密度的激光束照射工件表面时，工件材料吸收激光能量发生融化和气化，并在气化膨胀压力的作用下，在工件内部形成一个小孔，小孔周围融化的金属和内部金属蒸汽等离子体形成焊接热源，采用数值模拟的方法，通过热源模型对焊接热源的近似，可以直观的了解激光深熔焊接过程中温度场的分布情况，获得对焊接过程的定量或半定量认识。在小孔内部存在着两种激光能量的吸收机制:一种是菲涅尔吸收，另一种是反轫致辐射吸收。由于激光入射到小孔内部后，将会发生多次发射和吸收现象，具有多重菲涅尔吸收现象。因此，为了分析激光在小孔中的多重反射吸收，就必须了解小孔的形状。
- 热源模型的分类
国内外有很多学者对激光焊接点机理进行了深入的研究，建立了不同的热源模型。英国的W Steen教授提出来的点、线数学模型，误差较大。国内的刘建华和李志远等人也提出了类似的模型他们将充满金属蒸汽的柱状小孔的作用视为一个柱状热源，将羽状的等离子体视为另一个面热源，但是数值偏大。薛忠明等人分析了激光焊接小孔传热模型的特点，研究了移动线热源和高斯热源作用下的准静态与瞬态激光焊接温度场，主要应用于4mm以下厚度的板材。
- 解析热源模型.采用点热源或线热源等集中热源描述激光热流分布。此模型计算简单，适于工程应用；但由于模型简化过多，主要用于工件离热源中心较远位置温度场计算。
- 体积热源模型。从宏观传热学出发，以焊缝横断面形貌为参照，基于熔合线准则建立，不涉及小孔的形成，激光热输入分布于假定的体积区域内，小孔热和力的影响体现在恰热源分布模式上。此类模型易于建立，计算也较为简单，适用于熔池外温度场及变形的计算，利于应用。但该模型的热源分布参数需要人为设定，尤其是决定熔深的热源高度，增大了对计算结果的干扰性。
2、小孔模型发展简介
对于激光深熔焊小孔，已经建立了大量的理论模型。但由于涉及的物理过程非常复杂，这些理论模型都是在一定简化和假设的基础上建立的。依据模型建立的目的，可以将其大致分为小孔形状计算模型和小孔动态行为综合模型两大类。
- 小孔形状计算模型。
该类模型简化和假设条件较多，计算简单，其建立过程不受溶池影响，即对小孔的孤立研究，主要用于模拟小孔形状尺寸、个别物理现象或估算焊缝尺寸，部分模型也可用于小孔稳定性研究。小孔数值模拟的早期研究中，该类模型较多。
Adrews和Atthey率先注意到了激光焊中的蒸发效应和小孔的形成。Dowden等人的工作是Adrews和Atthey研究工作的延续，他们假定小孔在每个截面都是圆形的。Lankalapalli等人在二维热传导模型和假定小孔为锥形的基础上开发了一个预测熔深的模型，此模型忽略了潜热的影响。Colla等人建立了一个二维模型，用于分析理想流体流过圆柱体的流动方式。
而该类模型中具有代表性的是Kaplan的非对称小孔模型和Fabbo的弯曲小孔模型。Kaplan基于移动线热源模型和小孔壁能量平衡机理建立了非对称小孔计算模型。小孔前壁和后壁的形状和尺寸根据局部小孔壁的能量平衡点逐点确定。模型主要涉及解析计算，考虑了激光焦点半径、焦距、离焦量、焊接速度、小孔壁对激光能量的菲涅尔吸收，逆韧致辐射吸收等因素影响。该模型计算简单，实用性很强。
（2）小孔动态综合模型
人们将小孔和溶池的模拟计算有机的结合到一起，该类模型不预设小孔形状，主要依靠小孔壁的热力学条件确定小孔样貌，并考虑小孔与溶池间的耦合作用。该类模型非常复杂，借助数值方法进行求解。
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