超快激光加工叶片气膜冷却孔通常在叶片内腔填充防护材料以防对壁损伤。使用中间带防护材料的高温合金夹层试片模拟带防护材料的涡轮叶片，应用在线图像识别技术与控制变量法，研究孔深度、填充半径、斜孔倾角对超快激光填充法加工小孔穿透成形时间的影响，并采用非线性最小二乘法对试验数据进行曲线拟合，结果发现孔深度、填充半径、斜孔倾角与小孔穿透成形时间的关系分别为Gauss函数、Belehradek函数、Boltzmann函数。基于研究结果，提出合理控制填充加工小孔时间并增加旋切加工扩孔的方法，成功获得对壁无损伤而出口成形圆整的小孔。