8 800 301-35-45
8 495 781-35-45
info@s-laser.ru
цены
 
   
       
ГлавнаяСтатьи Добавить сайт в избранное
 
 
  • Услуги
  • Продукция

Статьи, посвященные лазерной резке

 
С Днем России!  
09.06.2017
Пусть этот светлый, радостный день запомнится каждому яркими событиями, праздничными салютами и, конечно же, чувством патриотизма!
подробнее...
Поздравляем с 9 мая!
 04.05.2017
В преддверии этого великого праздника, прежде всего, хочется сказать спасибо нашим дорогим ветеранам за Победу!
подробнее...
Карта сайта

Неустойчивости поверхности расплава в парогазовом канале
в процессе лазерной резки

На поверхности расплава при образовании канала лазерного проплавления в процессах лазерной резки, cварки а также лазерной поверхностной обработки с оплавлением возможна генерация капиллярных волн с длинами, начинающимися от размеров 10 - 10~3 см (определяемых вязким затуханием) до размеров порядка диаметра или глубины канала (-10,1 - 1 см). Механизмы генерации капиллярных волн могут быть различны: возбуждение капиллярных волн за счет резонансов с ультразвуковыми волнами, проникающими в обрабатываемый материал, например, из лазерно-плазменного факела, из зоны кристаллизации расплава или по другим причинам. Этот механизм раскачки капиллярных волн мы не рассматривали; прежде всего здесь необходимы экспериментальные исследования. Возбуждение капиллярных волн за счет термокапиллярной и капиллярно-испарительной неустойчивости,при наличии вдоль поверхности расплава потока газа или пара должны раскачиваться "ветрокапиллярные волны" за счет неустойчивости Кельвина-Гельмгольца. При ускоренном движении расплава может развиваться Рэлей - Тейлоровская неустойивость, возможна раскачка вынужденных капиллярных колебаний расплава за счет осцилляции мощности лазерного пучка и неустойчивостей плазменного факела.

Как показало наше качественное рассмотрение, термокапиллярный, капиллярно-испарительный, ветрокапиллярный механизмы характеризуются довольно большими инкрементами раскачки капиллярных волн, что приводит к нарастанию амплитуды волн до больших величин ~1г1 за короткие времена т„ (a I0"5- КГ4с) при к** 103~ 104см-'. Вещество расплава, находящееся в гребнях капиллярных волн, при амплитудах -Аг1 уже не удерживается силой поверхностного натяжения и отрывается от поверхности расплава в виде микрокапель с размерами - А*"1, удаляющимися от поверхности со скоростью (Атв)-1. Микрокапли, находясь в поле интенсивного лазерного излучения (l'0s— 106 Вт/см2), испаряются за короткое время (10"6- 10"4 с), что приводит к резкому, по сравнению с равновесным значением для поверхности расплава в канале, возрастанию давления пара. Величина давления пара от испаряющихся капель над поверхностью расплава пропорциональна интенсивности лазерного излучения, обратно пропорциональна удельной энергии испарения и зависит также от условий истечения потока пара через входную горловину канала, то есть от геометрии канала, и от величины атмосферного давления.

Такой капельно-испарительный механизм возникновения давления пара в канале, по-видимому, не рассматривался в литературе. Этот механизм может быть ответствен за возникновение релаксационно-периодического режима вытеснения расплава со стенок канала при лазерной сварке в ходе изготовления металлических корпусов, противопожарных дверей металлических. Генерация крупномасштабных капиллярных колебаний в ПГК и ванне расплава может приводить к ограничениям режимов устойчивой сварки по скорости и мощности излучения. При длинах капиллярных волн порядка длины электромагнитных волн лазерного излучения (= 10~* — 10~3 см) должно иметь место сильное нелинейное взаимодействие с участием поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ). Это должно приводить к усилению коэффициента поглощения (А) энергии лазерного пучка поверхностью расплава в канале. Периодические структуры поверхности расплава, застывшего после прекращения лазерного импульса, с длинами волн порядка длины электромагнитной волны, а также более длинных капиллярных волн, наблюдались ранее. На поверхности застывшего расплава сварных швов ЛС также наблюдаются периодические структуры с длинами волн ~1(Н- 10"2), вытянутые вдоль или поперек шва. Сравним между собой инкременты микронеустойчивостей поверхности расплава при ЛС, а также их волновые числа (при максимумах их инкрементов).

Основным параметром, определяющим величины инкрементов, является интенсивность q поглощаемого поверхностью расплава лазерного излучения (д = AI, I — интенсивность падающего излучения, А — коэффициент поглощения).

Величина зависит от температуры расплава, химреакций на поверхности (окисление и пр.). Работы, учитывающие влияние генерации ПЭВ на величину А в задачах о возбуждении микронеустойчивостей рассматривавшихся типов в процессе ЛС, к настоящему моменту в опубликованной литературе нам неизвестны, поэтому для оценки А мы ограничиваемся доводами о том, что А - 1.

Термокапипляриая неустойчивость поверхности расплава.

Механизм термокапиллярной неустойчивости в чистом виде не зависит от природы источника нагрева расплава: достаточно наличия абстрактного теплового потока, идущего извне в направлении к поверхности жидкости или просто градиента температуры, нормального к поверхности расплава (направленного из объема расплава к поверхности). Этот тепловой поток, в частности, может возникать при поглощении лазерного излучения в поверхностном скинслое расплавленного металла. При достаточной интенсивности q теплового потока (наличие испарения с поверхности жидкости необязательно) должно происходить нарастание амплитуды случайно возникших бесконечно малых возмущений формы поверхности жидкости, соответствующим капиллярным волнам. Это нарастание вызвано появлением замкнутых течений жидкости под "горбами" капиллярных волн, направленных таким образом, что вдоль поверхности "горба" жидкость течет по направлению к впадине под действием градиента силы поверхностного натяжения. Сила поверхностного натяжения уменьшается от горба к впадине, поскольку потоком входящего извне тепла жидкость на "горбе" нагревается сильнее, чем во впадине. В случае ЛС с глубоким проплавлением процесс носит характер накопления слоя расплава на передней стенке ПГК. В этом случае на поверхности слоя расплава могут развиться термокапиллярные волны.