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

Капиллярно-испарительная неустойчивость поверхности лазерного расплава

Физический механизм этой неустойчивости состоит в том, что при колебаниях поверхности расплава в виде стоячих или бегущих капиллярных волн, при условии, что средняя температура поверхности равна или слегка превышает температуру кипения, происходят малые колебания температуры на горбах и во впадинах этих волн.

Эти колебания возникают из-за колебаний растояний, на которые должен уходить постоянный тепловой поток от поглощаемого излучения. Вследствие инерционности процесса теплопроводности фаза локальных колебаний температуры поверхности отстает от фазы колебаний уровня поверхности; в то же время находящаяся в фазе с колебаниями температуры колебательная компонента давления отдачи приводит к дополнительному локальному колебательному ускорению расплава, находящемуся в фазе с локальной колебательной скоростью, и происходит экспоненциальный во времени рост амплитуд колебательной скорости и волнового смещения уровня расплава.

Максимальное значение инкремента этой неустойчивости должно наблюдаться для волновых чисел (Здесь Др — динамическое давление потока газа или пара).

Сравнение инкрементов показывает, что при интенсивностях лазерного излучения, возникающего в ходе лазерной резки, характерных для процесса ЛС с глубоким проплавлением (105— Ю6 Вт/см2), капиллярно-испарительная неустойчивость раскачивается существенно быстрее, чем термокапиллярная.

Неустойчивость Кельвина - Гельмгольца.

Неустойчивость Кельвина - Гельмгольца ("ветровая", она же — неустойчивость тангенциального разрыва скоростей) раскачивается при наличии вдоль поверхности расплава потока пара (или вспомогательного газа).

Можно полагать, что процесс ЛС сопровождается быстрым развитием (за времена по­рядка 10"6 с1) коротких капиллярно-испарительных волн с волновыми числами к = 10-5 см 1 кв. на поверхности расплава. Нелинейная стадия роста этих волн (при ух » 1) должна сопровождаться отрывом микрокапель от верхушек волн и их инжекцией в пространство над расплавом, освещенное падающим лазерным пучком. Быстрое испарение этих микрокапель, происходящее из-за поглощения ими лазерного излучения, может привести к резкому возрастанию давления пара над расплавом по сравнению сдавленней, определяемым условиями стационарногопроцесса ЛС. Эти всплески давления должны привести к периодическому релакса-ционно-смывному режиму ЛС.

Такой режим ранее обсуждался (без конкретизации механизма генерации всплеска давления пара).

Гофровый капиллярный коллапс парогазового канала и капиллярные колебания ванны расплава.

Общепринятое мнение относительно механизма равновесия жидких стенок ПГК состоит в том, что избыток давления пара Ар в ПГК равен давлению, создаваемому поверхностным натяжением ст/г0 (г0 — средний радиус ПГК). Жидкие стенки ПГК подвержены капиллярной неустойчивости ("коллапсу") в виде "гофр", причем максимальная величина инкремента этой неустойчивости равна обычно yg~ 10-10с. Эта величина yg соответствует волновому числу "гофр".

Ранее показывалось, что при определенных газодинамических условиях "гофры" стабилизируются потоком пара со дна ПГК. Подробное рассмотрение показало, что в в случае, когда испарение расплава происходит равномерно по всей поверхности стенок ПГК или когда поток пара выходит от передней стенки и поглощается задней стенкой, коллапс в виде "гофр" не может быть стабилизирован. Инкремент неустойчивости "гофр" существенно превосходит обратное время аксиально-однородного капиллярного коллапса ПГК. Этот тип коллапса соответствует движению расплава во всем объеме ванны, в то время как при коллапсе "гофр" движение расплава происходит только в объемах порядка &~3 ~ г03.

Давление отдачи пара на поверхности "гофр" не задерживает роста амплитуды "гофр". Это обусловлено тем, что избыток давления отдачи паров создается (вследствие поглощения излучения) главным образом на "склоне", но не на "верхушке" "гофры". Коллапсирующая "гофра" "сдувается" на дно ПГК с фазовой скоростью ~103см/с. Если время этого перемещения превышает время коллапса, происходит коллапс ПГК. Условие для этого коллапса — температуропроводность расплава. Данные процессы можно наблюдать при производстве металлических корпусов, противопожарных дверей и других изделий из листового металла.

Повышенный уровень неустойчивости стенок ПГК для малых значений Ре наблюдался экспериментально. После коллапса "гофр" расплав заполняет ПГК, затем лазерный пучок снова "прошивает" вниз "пробку" расплава (восстанавливая ПГК) с гидродинамической скоростью. Частота повторения коллапса с последующим восстановлением ПГК составляет в этом случае в процессе ЛС лазерный пучок может перемещаться по типу движения иглы "швейной машины" и периодически проникать в медленно движущийся расплав.