ლაზერული მასალის ურთიერთქმედება - გასაღების ხვრელის ეფექტი

გასაღების ხვრელების ფორმირება და განვითარება:

გასაღების ხვრელის განმარტება: როდესაც გამოსხივების გამოსხივება 10 ^ 6 ვტ/სმ ^ 2-ზე მეტია, მასალის ზედაპირი დნება და აორთქლდება ლაზერის მოქმედებით. როდესაც აორთქლების სიჩქარე საკმარისად დიდია, წარმოქმნილი ორთქლის უკუცემის წნევა საკმარისია თხევადი ლითონის ზედაპირული დაძაბულობისა და სითხის სიმძიმის დასაძლევად, რითაც გადაადგილდება თხევადი ლითონის ნაწილი, რაც იწვევს აგზნების ზონაში გამდნარი აუზის ჩაძირვას და მცირე ორმოების წარმოქმნას. ; სინათლის სხივი პირდაპირ მოქმედებს პატარა ორმოს ფსკერზე, რაც იწვევს ლითონის შემდგომ დნობას და გაზიფიცირებას. მაღალი წნევის ორთქლი აგრძელებს ორმოს ფსკერზე მდებარე თხევად ლითონს, რომ მიედინება გამდნარი აუზის პერიფერიისკენ, რაც კიდევ უფრო ღრმავდება პატარა ხვრელისკენ. ეს პროცესი გრძელდება, საბოლოო ჯამში თხევად ლითონში ყალიბდება გასაღების ხვრელის მსგავსი ხვრელი. როდესაც პატარა ხვრელში ლაზერის სხივის მიერ წარმოქმნილი ლითონის ორთქლის წნევა წონასწორობას აღწევს თხევადი ლითონის ზედაპირულ დაძაბულობასთან და სიმძიმესთან, პატარა ხვრელი აღარ ღრმავდება და ქმნის სიღრმეში მდგრად პატარა ხვრელს, რომელსაც ეწოდება "მცირე ხვრელის ეფექტი". .

როდესაც ლაზერის სხივი მოძრაობს სამუშაო ნაწილთან შედარებით, პატარა ხვრელი აჩვენებს ოდნავ უკან მოხრილ წინა მხარეს და აშკარად დახრილ შებრუნებულ სამკუთხედს უკანა მხარეს. მცირე ხვრელის წინა კიდე არის ლაზერის მოქმედების არე, მაღალი ტემპერატურით და მაღალი ორთქლის წნევით, ხოლო უკანა კიდის გასწვრივ ტემპერატურა შედარებით დაბალია და ორთქლის წნევა მცირეა. ამ წნევისა და ტემპერატურის სხვაობის ქვეშ, გამდნარი სითხე მიედინება პატარა ხვრელის გარშემო წინა ბოლოდან უკანა ბოლოში, ქმნის მორევს მცირე ხვრელის უკანა ბოლოში და ბოლოს მყარდება უკანა კიდეზე. ლაზერული სიმულაციისა და ფაქტობრივი შედუღების შედეგად მიღებული გასაღების ხვრელის დინამიური მდგომარეობა ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ ფიგურაში, მცირე ხვრელების მორფოლოგია და მიმდებარე მდნარი სითხის ნაკადი სხვადასხვა სიჩქარით მოგზაურობის დროს.

მცირე ხვრელების არსებობის გამო, ლაზერის სხივის ენერგია აღწევს მასალის ინტერიერში, ქმნის ამ ღრმა და ვიწრო შედუღების ნაკერს. ლაზერის ღრმა შეღწევადობის შედუღების ნაკერის ტიპიური განივი მორფოლოგია ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ ფიგურაში. შედუღების ნაკერის შეღწევადობის სიღრმე ახლოსაა გასაღების ნახვრეტის სიღრმესთან (ზუსტად, მეტალოგრაფიული ფენა 60-100 მმ-ით უფრო ღრმაა, ვიდრე გასაღების ხვრელი, ერთით ნაკლები თხევადი ფენა). რაც უფრო მაღალია ლაზერის ენერგიის სიმკვრივე, მით უფრო ღრმაა პატარა ხვრელი და მით უფრო დიდია შედუღების ნაკერის შეღწევადობის სიღრმე. მაღალი სიმძლავრის ლაზერული შედუღებისას შედუღების ნაკერის სიღრმისა და სიგანეზე მაქსიმალური თანაფარდობა შეიძლება მიაღწიოს 12:1-ს.

შთანთქმის ანალიზილაზერული ენერგიაგასაღების ნახვრეტით

მცირე ხვრელების და პლაზმის წარმოქმნამდე, ლაზერის ენერგია ძირითადად გადაეცემა სამუშაო ნაწილის შიგთავსს თერმული გამტარობის საშუალებით. შედუღების პროცესი მიეკუთვნება გამტარ შედუღებას (0,5მმ-ზე ნაკლები შეღწევადობის სიღრმით) და მასალის შთანთქმის სიჩქარე ლაზერის ფარგლებშია 25-45%. გასაღების ხვრელის ფორმირების შემდეგ, ლაზერის ენერგია ძირითადად შეიწოვება სამუშაო ნაწილის შიდა ნაწილის მიერ გასაღების ხვრელის ეფექტის საშუალებით და შედუღების პროცესი ხდება ღრმა შეღწევადობის შედუღება (0,5 მმ-ზე მეტი შეღწევადობის სიღრმით), შთანთქმის სიჩქარე შეიძლება მიაღწიოს 60-90%-ზე მეტი.

გასაღების ხვრელის ეფექტი უაღრესად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ლაზერის შთანთქმის გაძლიერებაში დამუშავების დროს, როგორიცაა ლაზერული შედუღება, ჭრა და ბურღვა. ლაზერის სხივი, რომელიც შედის გასაღების ხვრელში, თითქმის მთლიანად შეიწოვება ხვრელის კედლიდან მრავალჯერადი ანარეკლებით.

ზოგადად მიჩნეულია, რომ გასაღების ხვრელის შიგნით ლაზერის ენერგიის შთანთქმის მექანიზმი მოიცავს ორ პროცესს: საპირისპირო აბსორბციას და ფრენელის შთანთქმას.

წნევის ბალანსი გასაღების ხვრელის შიგნით

ლაზერული ღრმა შეღწევადობის შედუღების დროს მასალა განიცდის ძლიერ აორთქლებას და მაღალი ტემპერატურის ორთქლის მიერ წარმოქმნილი გაფართოების წნევა გამოდევნის თხევად ლითონს და ქმნის პატარა ხვრელებს. მასალის ორთქლის წნევისა და აბლაციის წნევის (ასევე ცნობილი როგორც აორთქლების რეაქციის ძალა ან უკუცემის წნევა) მასალის გარდა, ასევე არსებობს ზედაპირული დაძაბულობა, სითხის სტატიკური წნევა, გამოწვეული გრავიტაციით და სითხის დინამიური წნევა, რომელიც წარმოიქმნება დნობის მასალის შიგნით. პატარა ხვრელი. ამ წნეხებს შორის მხოლოდ ორთქლის წნევა ინარჩუნებს პატარა ხვრელის გახსნას, ხოლო დანარჩენი სამი ძალა ცდილობს პატარა ხვრელის დახურვას. შედუღების პროცესში გასაღების ხვრელის სტაბილურობის შესანარჩუნებლად, ორთქლის წნევა საკმარისი უნდა იყოს სხვა წინააღმდეგობის დასაძლევად და წონასწორობის მისაღწევად, გასაღების ხვრელის გრძელვადიანი სტაბილურობის შესანარჩუნებლად. სიმარტივისთვის, ზოგადად მიჩნეულია, რომ გასაღების ხვრელის კედელზე მოქმედი ძალები ძირითადად არის აბლაციის წნევა (მეტალის ორთქლის უკუცემის წნევა) და ზედაპირული დაჭიმულობა.

გასაღების ხვრელის არასტაბილურობა

ფონი: ლაზერი მოქმედებს მასალების ზედაპირზე, იწვევს დიდი რაოდენობით ლითონის აორთქლებას. უკუცემის წნევა აწვება გამდნარ აუზს, წარმოქმნის გასაღების ხვრელებს და პლაზმას, რის შედეგადაც იზრდება დნობის სიღრმე. გადაადგილების პროცესში ლაზერი ხვდება გასაღების ხვრელის წინა კედელს და ის პოზიცია, სადაც ლაზერი მასალას ეკონტაქტება, გამოიწვევს მასალის ძლიერ აორთქლებას. ამავდროულად, გასაღების ხვრელის კედელი განიცდის მასის დაკარგვას და აორთქლების შედეგად წარმოიქმნება უკუცემის წნევა, რომელიც დააჭერს თხევად ლითონს, რის შედეგადაც გასაღების ხვრელის შიდა კედელი ირყევა ქვევით და გადაადგილდება გასაღების ხვრელის ფსკერზე. გამდნარი აუზის უკან. თხევადი გამდნარი აუზის რყევის გამო წინა კედლიდან უკანა კედელზე, გასაღების ხვრელის შიგნით მოცულობა მუდმივად იცვლება, შესაბამისად იცვლება გასაღების ხვრელის შიდა წნევაც, რაც იწვევს გაფრქვეული პლაზმის მოცულობის ცვლილებას. . პლაზმის მოცულობის ცვლილება იწვევს ლაზერის ენერგიის დაცვის, რეფრაქციისა და შთანთქმის ცვლილებას, რაც იწვევს ლაზერის ენერგიის ცვლილებებს, რომლებიც აღწევს მასალის ზედაპირზე. მთელი პროცესი არის დინამიური და პერიოდული, რაც საბოლოოდ იწვევს ხერხის ფორმის და ტალღოვანი ლითონის შეღწევას და არ არის გლუვი თანაბარი შეღწევადობის შედუღება. შედუღების ცენტრი, ასევე გასაღების ხვრელის სიღრმის ცვალებადობის რეალურ დროში გაზომვაIPG- LDD როგორც მტკიცებულება.

გააუმჯობესეთ გასაღების ხვრელის სტაბილურობის მიმართულება

ლაზერული ღრმა შეღწევადობის შედუღების დროს მცირე ხვრელის სტაბილურობა შეიძლება უზრუნველყოფილი იყოს მხოლოდ ხვრელის შიგნით სხვადასხვა წნევის დინამიური ბალანსით. თუმცა, ლაზერული ენერგიის შთანთქმა ხვრელის კედლით და მასალების აორთქლება, ლითონის ორთქლის გამოდევნა პატარა ხვრელის გარეთ და პატარა ხვრელისა და გამდნარი აუზის წინ მოძრაობა ძალიან ინტენსიური და სწრაფი პროცესებია. გარკვეული პროცესის პირობებში, შედუღების პროცესის გარკვეულ მომენტებში, არსებობს შესაძლებლობა, რომ მცირე ხვრელის სტაბილურობა დაირღვეს ადგილობრივ ადგილებში, რაც გამოიწვევს შედუღების დეფექტებს. ყველაზე ტიპიური და გავრცელებული არის მცირე ფოროვანი ტიპის ფოროვანი დეფექტები და ჭურჭელი, რომელიც გამოწვეულია გასაღების ხვრელის ჩამონგრევით;

მაშ, როგორ დავამყაროთ გასაღების ხვრელი?

საკვანძო სითხის რყევა შედარებით რთულია და მოიცავს ძალიან ბევრ ფაქტორს (ტემპერატურული ველი, დინების ველი, ძალის ველი, ოპტოელექტრონული ფიზიკა), რაც შეიძლება უბრალოდ შეჯამდეს ორ კატეგორიად: კავშირი ზედაპირულ დაძაბულობასა და ლითონის ორთქლის უკუცემის წნევას შორის; ლითონის ორთქლის უკუცემის წნევა პირდაპირ მოქმედებს გასაღების ხვრელების წარმოქმნაზე, რაც მჭიდრო კავშირშია გასაღებების სიღრმესა და მოცულობასთან. ამავდროულად, როგორც ლითონის ორთქლის ერთადერთი ზევით მოძრავი ნივთიერება შედუღების პროცესში, ის ასევე მჭიდრო კავშირშია დაფხვიერების წარმოქმნასთან; ზედაპირული დაძაბულობა გავლენას ახდენს გამდნარი აუზის ნაკადზე;

ასე რომ, ლაზერული შედუღების სტაბილური პროცესი დამოკიდებულია გამდნარ აუზში ზედაპირული დაძაბულობის განაწილების გრადიენტის შენარჩუნებაზე, ზედმეტი რყევების გარეშე. ზედაპირული დაძაბულობა დაკავშირებულია ტემპერატურის განაწილებასთან, ხოლო ტემპერატურის განაწილება დაკავშირებულია სითბოს წყაროსთან. ამიტომ, კომპოზიტური სითბოს წყარო და სვინგის შედუღება არის პოტენციური ტექნიკური მიმართულებები სტაბილური შედუღების პროცესისთვის;

ლითონის ორთქლისა და გასაღების ხვრელის მოცულობამ ყურადღება უნდა მიაქციოს პლაზმის ეფექტს და გასაღების ხვრელის ზომას. რაც უფრო დიდია გახსნა, მით უფრო დიდია გასაღების ხვრელი და უმნიშვნელო რყევები დნობის აუზის ქვედა წერტილში, რაც შედარებით მცირე გავლენას ახდენს გასაღების საერთო მოცულობასა და შიდა წნევის ცვლილებაზე; ასე რომ, რეგულირებადი რგოლის რეჟიმის ლაზერი (რგოლური ლაქა), ლაზერული რკალის რეკომბინაცია, სიხშირის მოდულაცია და ა.შ. ყველა მიმართულებაა, რომელიც შეიძლება გაფართოვდეს.