Лазерная резка металла,
нержавейки. Металлоизделия
Поиск по сайту

Релаксационно-периодический характер процесса лазерного раскроя

Релаксационно-периодический характер процесса лазерного раскроя

Релаксационно-периодический характер процесса ЛС должен приводить к всплескам давления паров в пространстве над ПГК и к вынужденным колебаниям объема ванны расплава (с частотами ~102-103 Гц), соответствующим резонансным модам капиллярных колебаний. При малых скоростях ЛС, соответствующих числам Пекле Pe, эти колебания поддерживаются за счет надвигания задней стенки коллапсирующего ПГК на зону лазерного пучка с последующим отскакиванием этой стенки, наподобие отскакивания теннисного мяча от ракетки. Это надвигание вызывается горизонтальной компонентой вектора колебательной скорости жидкости.

Капиллярные макроколебания объема ванны расплава, соответствующие конфигурациям могут возбуждаться за счет термокапиллярного механизма или вынужденно — при резонансе с частотой всплесков давления пара в ПГК, возникающих в момент надвиганий расплава из ванны на зону лазерного пучка в ПГК. Данные процессы можно наблюдать в ходе лазерного раскроя металла при производстве металлических противопожарных дверейметаллических корпусовизготовлении кронштейнов. Упоминание о возможности надвигания расплава на ПГК при капиллярных колебаниях рассматриваемой моды есть в различных источниках, в связи с гипотетическим объяснением причин периодических всплесков давления в струе пара, выходящего из ПГК. В некоторых работах сообщается об экспериментальных наблюдениях периодических всплесков давления пара, или всплесков интенсивности акустической отдачи пара.

Раскачка Капиллярно-испарительных волн с длинами ~103 см (к = 104 см.) должна приводить к выбросу капель в объем ПГК, испарение которых вызывает релаксационный режим ЛС с выталкиванием расплава с передней стенки ПГК и с возможным возбуждением различных мод вынужденных колебаний всего объема ванны расплава.

Динамическая модель лазерной сварки с глубоким проплавлением

В настоящее время отсутствует ясность в вопросе о создании адекватной модели проэмиссии в атмосфере близ ПГК, либо интенсивности свечения плазмы с частотами повторения, близкими к частотам капиллярных колебаний различной конфигурации. При Ре < Ре' режим ЛС должен быть релаксационным с движущейся вниз ступенькой расплава по передней стенке ПГК (Ре'=2-4 — верхняя по числу Пекле граница режима с движущейся ступенькой). Температура стенок ПГК в этом режиме ниже температуры кипения, и возбуждения капиллярно-испарительной неустойчивости не должно происходить. Вместе с тем, в этом режиме возможно развитие капиллярного коллапса передней стенки ПГК, при Ре < Ре ~ 2. Это выражается в возникновении гофр на передней стенке ПГК, надвигаемых вниз давлением отдачи пара со скоростью ~103 см/с, что сопровождается всплеском давления пара амплитудой нескольких атмосфер и длительностью ~ 10 с., причем процесс повторятся периодически с частотой - 103 с., слабо зависящей от скорости ЛС. При этом стационарная амплитуда гофр определяется балансом скорости их нарастания за счет капиллярного коллапса и скорости потерь расплава из их объема в ванну расплава за счет возникающего давления.