飞秒激光具有峰值功率大、脉冲作用时间短、加工产生热影响区小等优点,被广泛应用于各种精密加工。Inconel 718高温合金在高温下具有良好的力学性能,在航空发动机涡轮叶片等热端零部件制造方面具有极大的应用前景。本文采用波长1064 nm,脉宽300 fs的飞秒激光对Inconel 718高温合金环切打孔,系统的分析了各加工参数对微孔质量的影响,从而优化了飞秒激光环切打孔工艺。此外,针对高频率下飞秒激光高温合金的热累积效应对微孔质量的影响,本文进行了实验研究和机理分析。阐述了激光打孔的分类和激光环切打孔的基本原理,分析了飞秒激光加工金属的物理过程和作用机理,基于Active Fiber光纤飞秒激光器,进行了飞秒激光环切打孔实验。研究了进给距离、扫描速度、脉冲能量、重复频率、扫描次数对飞秒激光环切打孔质量的影响。从微孔表面形貌、孔径、锥度、圆度等几方面进行了比较分析。在环切实验中,发现加工过程中进给距离对微孔锥度影响较大,扫描速度对微孔出口圆度影响较大,扫描次数过少不利于通孔的形成,脉冲能量对微孔出口孔径有较大影响,重复频率对微孔的出入口孔径以及圆度影响不大。通过实验和理论分析,实现了飞秒激光环切打孔工艺优化:脉冲能量为110μJ,重复频率为100-120 k Hz,进给距离为-0.9mm,扫描速度为30 mm/s,图层次数为30,扫描次数为100时,环切打孔质量较好。分析了飞秒激光高重频下环切打孔热累积效应产生的机理。通过实验研究了飞秒激光高重频环切打孔时出现热累积效应时的重复频率和脉冲能量的范围,发现在飞秒激光重复频率达到250 k Hz,单脉冲能量达到50μJ左右时开始出现热累积效应,微孔出入口产生了明显的氧化层和彩色的氧化区域,随着重复频率提高,出现热累积效应对应的脉冲能量逐渐下降,最终稳定在8μJ左右。在高频率热累积效应作用下,孔壁出现了重铸层、微裂纹等热影响区缺陷,并且内壁粗糙度随着重复频率的提高而增大,降低微孔质量。最后实验研究了在不同重复频率下1000个飞秒激光脉冲对材料烧蚀阈值的影响,当激光重复频率从200 k Hz提升到500 k Hz时,Inconel 718高温合金的烧蚀阈值从0.768 J/cm2下降到了0.308 J/cm2,此后再进一步提高飞秒激光重复频率到1000 k Hz时,材料烧蚀阈值的下降趋势减小,大小稳定在0.2 J/cm2左右。分析了飞秒激光高重频下对材料的烧蚀机理,验证了在低脉冲能量、高重频下进行飞秒激光打孔产生的热累积效应可以在一定程度上改善微孔锥度,提高加工效率。