激光微孔加工是在工业生产中应用最早、技术比较成熟的激光加工技术之一，具有材料自由度高、打孔速度快、精度高、无工具损耗、经济效益好等特点。高温合金作为航空发动机的关键制造材料，是国防装备、航空航天等工业制造领域重要的生产材料。　　本文以激光微孔加工理论为基础，采用毫秒脉冲激光对高温合金GH4033分别进行冲击式和环切式打孔，系统地从理论研究、有限元模拟分析、实验研究与工艺分析、模拟与实验结果比较分析、微孔缺陷形成与控制等五个方面对激光微孔加工进行了深入研究。本文主要的研究工作以及研究成果如下：　　（1）激光微孔加工基础理论分析。从材料与激光相互作用物理现象引入激光与材料相互作用的一般规律，概述了金属材料对激光的吸收与反射规律，分析了光致等离子体的产生以及与激光相互作用的机制，讨论了激光加工微孔的物理过程，简述了激光加工微孔的方法及特点。通过微孔加工理论分析，为高温合金毫秒脉冲激光加工微孔的有限元分析模拟提供了理论指导。　　（2）激光冲击式和环切式打孔有限元模拟分析。简述了有限元模拟分析的基本思想和激光微孔加工热传导基础理论，概述了有限元模拟方法在激光微孔加工中的应用，归纳了激光微孔加工数值仿真过程，通过使用ANSYS软件建立了非线性瞬态有限元模型，模拟了高温合金激光微孔加工过程中的温度场分布、孔轮廓、孔深、孔径和锥度，重点研究了激光环切式打孔激光束热源模型和有限元数值模拟，比较分析了激光冲击式打孔和环切式打孔在上述模拟数值结果上的联系与区别，讨论分析了激光微孔加工数值分析模拟过程中出现的关键科学问题及处理方法。模拟结果表明：激光微孔加工的温度场分布关于激光束中心轴呈中心对称，与高斯光束能量密度分布基本吻合；脉冲个数阈值直接影响孔深度大小；激光冲击式打孔与环切式打孔模拟比较：温度场分布方面，冲击式打孔过程的温度较低，且增加范围较小；孔轮廓方面，环切式打孔的孔形孔廓优于冲击式打孔；孔深方面，在相同的加工参数下，冲击式打孔的脉冲个数阈值总体少于环切式打孔；孔径和锥度方面，在相同的加工参数下，环切式打孔的孔径较大，但是锥度较小，且重复稳定性优于冲击式打孔。有限元数值模拟结果与实际激光微孔加工的效果吻合，为高温合金激光微孔加工实验工艺参数的选择与制定提供可靠参考。　　（3）激光冲击式和环切式打孔实验研究与工艺分析。选取高温合金GH4033作为实验材料，将脉冲能量、脉冲宽度、环切圈数、环切速度等工艺参数作为研究对象，采用单因素阈值改进型实验法系统研究激光参数对微孔加工质量的影响，并采用六因素五水平的正交实验法分析多因素之间的相互作用影响，得出激光微孔加工的最优参数组合。通过对实验结果分析可知：脉冲能量、扩束比和离焦量对于微孔加工质量的影响最为明显，激光冲击式打孔最优参数组合为：脉冲能量为3.8J，脉冲宽度为1.0ms，重复频率为30Hz，辅助气体压力为0.35MPa，离焦量为0mm，扩束比为4；激光环切式打孔最优参数组合为：脉冲能量为3.6J，脉冲宽度为2.0ms，重复频率为20Hz，扩束比为4，环切圈数为5，环切速度为90mm/min。同时，在激光冲击式和环切式两种打孔方式下的各25组实验条件中， 7号和17号实验条件下加工出的微孔分别是激光冲击式和环切式打孔方式下质量最好的。　　（4）有限元模拟与实验结果比较分析，建立微孔形成模型，揭示激光加工微孔的形成机制。将有限元模拟与实验结果比较分析结果表明：在微孔轮廓、孔径和锥度等微孔质量指标方面，有限元数值模拟结果与实验数据在数值变化趋势和规律上基本一致，但在微孔轮廓的对称性和孔径数值大小方面存在差异。因为在有限元分析模拟中建立的模型是在理想条件下建立的，难以包含一些实验环境和条件，这也是有限元数值模拟过程当前存在的主要难点，今后的研究应进一步优化有限元模型，计算出的模拟结果进一步接近实验结果，从而缩小两者之间的差异。通过将微孔加工的有限元模拟与实验结果进行比较与分析，总结归纳出激光冲击式打孔和环切式打孔过程的特点，基于两种激光加工方式的实验结果和有限元模拟分析，建立微孔形成模型，揭示激光加工微孔的形成机制。　　（5）重铸层、热影响区等微孔缺陷形成分析及控制方法研究。通过扫描电镜、激光扫描显微镜、EDS能谱仪等显微测量设备清晰精确地观测微孔缺陷的微观结构、形貌尺寸、元素分布、金相组织等，分析微孔缺陷的微观结构和产生缺陷的影响因素，揭示重铸层和热影响区等微孔缺陷的形成机理。脉冲能量、脉冲宽度、辅助气体种类及压力、离焦量等因素，对于重铸层、熔融飞溅物、热影响区等微孔缺陷的影响较为明显。根据激光打孔过程中辅助气体的工作原理、激光与材料相互作用规律和激光打孔激光束的加工路径等机制分析和实验研究，基于前述的微孔缺陷形成机理，提出并采用惰性气体保护法、有机涂层防护法、激光光路优化法等三种方法对重铸层、微裂纹、熔融飞溅物和热影响区等微孔缺陷进行有效控制，提高了微孔加工的质量。