| 2010 №01 (11) | 2010 №01 (02) |
«Автоматическая сварка», №1, 2010, с. 5–10
ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВА И КОНВЕКТИВНОГО ИСПАРЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ОБРАБОТКЕ ИЗЛУЧЕНИЕМ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРА
Авторы
Чл.-кор. НАН Украины И. В. КРИВЦУН, И. Л. СЕМЕНОВ, инж., В. Ф. ДЕМЧЕНКО, д-р техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Реферат
Предложена математическая модель процессов нагрева, плавления и испарения металла под воздействием импульса сфокусированного лазерного излучения. Модель позволяет описывать тепловые процессы в объеме металла и газодинамические процессы в потоке металлического пара при лазерной обработке с использованием импульсных лазеров. Проведен численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при воздействии миллисекундного импульса излучения Nd:YAG-лазера на образец из низкоуглеродистой стали.
Ключевые слова: импульсный лазер, лазерное излучение, металл, температурное поле, испарение, металлический пар, кнудсеновский слой, газодинамические процессы, математическая модель
Поступила в редакцию 08.05.2009
Опубликовано 03.12.2009
1. Воздействие лазерного излучения на материалы / Р. В. Арутюнян, В. Ю. Баранов, Л. А. Большов и др. — М.: Наука, 1989. — 367 с.
2. Веденов А. А., Гладуш Г. Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 208 с.
3. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов. — М.: Мир, 1986. — 504 с.
4. Действие излучения большой мощности на металлы / С. И. Анисимов, Я. А. Имас, Г. С. Романов и др. — М.: Наука, 1970. — 272 с.
5. Неподвижная ударная волна, возникающая при стационарном испарении металла под действием лазерного излучения / В. А Батаров, Ф. В. Бункин, А. М. Прохоров и др. // Письма в Журн. эксперим. и теорет. физики. — 1970. — 11. — С. 113–118.
6. Gas dynamics of laser ablation: Influence of ambient atmosphere / A. V. Gusarov, A. G. Gnedovets, I. Smurov // J. Appl. Phys. — 2000. — 88. — P. 4352–4364.
7. Ионизационные процессы в лазерной плазме / Ю. В. Афанасьев, Э. М. Беленов, О. Н. Крохин и др. // Письма в Журн. эксперим. и теорет. физики. — 1969. — 10. — С. 553–557.
8. Воробьев В. С. Плазма, возникающая при взаимодействии лазерного излучения с твердыми мишенями // Укр. физ. журн. — 1993. — 163, №12. — С. 51–82.
9. Найт Ч. Дж. Теоретическое моделирование быстрого поверхностного испарения при наличии противодавления // Ракетная техника и космонавтика. — 1979. — №5. — С. 81–86.
10. Peacemen D. W., Rachford H. H. The numerical solution of parabolic and elliptic differential equations // J. Soc. Ind. Appl. Math. — 1955. — 3. — P. 28–41.
11. Куликовский А. Г., Погорелов Н. В., Семенов А. Ю. Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. — М.: Физматлит, 2001. — 608 с.
12. Кириченко В. В., Грязнов Н. А., Кривцун И. В. Экспериментальный комплекс для исследования процессов импульсной лазерно-микроплазменной сварки // Автомат. сварка. — 2008. — №8. — С. 34–39.
13. Hu J., Tsai H. L. Heat and mass transfer in gas metal arc welding. — Pt I: The arc // Int. J. of Heat and Mass Transfer. — 2007. — 50. — P. 833–846.
14. Kikuo Uj. Reflectivity of metals at high temperatures // J. Appl. Phys. — 1972. — 43, №5. — P. 2376–2383.
15. Optical properties of the metals Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, and W in the infrared and far infrared / M. A. Ordal, L. L. Long, R. J. Bell et al. // Appl. Opt. — 1983. — 22, №7. — P. 1099–1119.
16. Miller J. Optical properties of liquid metals at high temperatures // Phil. Mag. — 1969. — 20, №12. — P. 1115–1132.