Լազերային նյութերի փոխազդեցություն – առանցքային անցքի էֆեկտ

Բանալինների ձևավորում և զարգացում.

Բանալինների սահմանում. Երբ ճառագայթման ճառագայթումը 10 ^ 6 Վտ/սմ ^ 2-ից մեծ է, նյութի մակերեսը հալվում և գոլորշիանում է լազերի ազդեցության տակ: Երբ գոլորշիացման արագությունը բավականաչափ մեծ է, առաջացած գոլորշիների հետադարձ ճնշումը բավարար է հաղթահարելու հեղուկ մետաղի մակերևութային լարվածությունը և հեղուկ ձգողականությունը, դրանով իսկ տեղահանելով հեղուկ մետաղի մի մասը՝ առաջացնելով հալած ավազանը սուզվելու և փոքր փոսերի ձևավորման համար։ ; Լույսի ճառագայթը ուղղակիորեն գործում է փոքր փոսի հատակի վրա, ինչը հանգեցնում է մետաղի հետագա հալման և գազիֆիկացման: Բարձր ճնշման գոլորշին շարունակում է ստիպել փոսի հատակի հեղուկ մետաղին հոսել դեպի հալած ավազանի ծայրամաս՝ ավելի խորացնելով փոքր անցքը: Այս գործընթացը շարունակվում է՝ ի վերջո հեղուկ մետաղի մեջ ձևավորելով առանցքային անցքի նման անցքի: Երբ փոքր փոսում լազերային ճառագայթից առաջացած մետաղի գոլորշիների ճնշումը հասնում է հավասարակշռության հեղուկ մետաղի մակերեսային լարվածության և ձգողականության հետ, փոքր անցքը այլևս չի խորանում և ձևավորում է խորության վրա կայուն փոքր անցք, որը կոչվում է «փոքր անցքի էֆեկտ»: .

Երբ լազերային ճառագայթը շարժվում է աշխատանքային մասի համեմատ, փոքր անցքը ցույց է տալիս մի փոքր հետընթաց կոր առջև և հստակ հակված շրջված եռանկյունի հետևի մասում: Փոքր անցքի առջևի եզրը լազերի գործողության տարածքն է՝ բարձր ջերմաստիճանով և գոլորշիների ճնշմամբ, մինչդեռ հետևի եզրի երկայնքով ջերմաստիճանը համեմատաբար ցածր է, իսկ գոլորշիների ճնշումը՝ փոքր: Ճնշման և ջերմաստիճանի այս տարբերության ներքո հալված հեղուկը հոսում է փոքր անցքի շուրջը առջևի ծայրից մինչև հետևի ծայրը, փոքր անցքի հետևի ծայրում ձևավորելով հորձանուտ և վերջապես ամրանում է հետևի եզրին: Լազերային սիմուլյացիայի և փաստացի եռակցման միջոցով ստացված առանցքային անցքի դինամիկ վիճակը ներկայացված է վերը նշված նկարում, Փոքր անցքերի ձևաբանությունը և շրջակա հալված հեղուկի հոսքը տարբեր արագություններով ճանապարհորդության ընթացքում:

Փոքր անցքերի առկայության պատճառով լազերային ճառագայթի էներգիան ներթափանցում է նյութի ներսը՝ ձևավորելով եռակցման այս խորը և նեղ կարը: Լազերային խորը ներթափանցման եռակցման կարի բնորոշ խաչաձեւ հատվածի մորֆոլոգիան ներկայացված է վերը նշված նկարում: Եռակցման կարի ներթափանցման խորությունը մոտ է բանալու անցքի խորությանը (ճիշտ ասած՝ մետաղագրական շերտը 60-100 մմ ավելի խորն է, քան բանալու անցքը, մեկ հեղուկ շերտով պակաս): Որքան մեծ է լազերային էներգիայի խտությունը, այնքան ավելի խորն է փոքր անցքը, և այնքան մեծ է եռակցման կարի ներթափանցման խորությունը: Բարձր հզորության լազերային եռակցման դեպքում եռակցման կարի խորության և լայնության առավելագույն հարաբերակցությունը կարող է հասնել 12:1-ի:

Կլանման վերլուծությունլազերային էներգիաբանալու անցքով

Նախքան փոքր անցքերի և պլազմայի ձևավորումը, լազերի էներգիան ջերմային հաղորդման միջոցով հիմնականում փոխանցվում է աշխատանքային մասի ներս: Եռակցման գործընթացը պատկանում է հաղորդիչ եռակցմանը (0,5 մմ-ից պակաս ներթափանցման խորությամբ), իսկ նյութի կողմից լազերի կլանման արագությունը 25-45% է: Բանալու անցքը ձևավորվելուց հետո լազերի էներգիան հիմնականում ներծծվում է աշխատանքային մասի ներսի կողմից բանալու անցքի ազդեցության միջոցով, և եռակցման գործընթացը դառնում է խորը ներթափանցման եռակցում (0,5 մմ-ից ավելի ներթափանցման խորությամբ), կլանման արագությունը կարող է հասնել: ավելի քան 60-90%:

Բանալու անցքի էֆեկտը չափազանց կարևոր դեր է խաղում լազերային կլանման բարձրացման գործում մշակման ընթացքում, ինչպիսիք են լազերային եռակցումը, կտրումը և հորատումը: Բանալու անցքը մտնող լազերային ճառագայթը գրեթե ամբողջությամբ ներծծվում է անցքի պատից բազմաթիվ արտացոլումների միջոցով:

Ընդհանրապես ենթադրվում է, որ բանալու անցքի ներսում լազերի էներգիայի կլանման մեխանիզմը ներառում է երկու գործընթաց՝ հակադարձ կլանում և Ֆրենելի կլանում:

Ճնշման հավասարակշռությունը բանալու անցքի ներսում

Լազերային խորը ներթափանցման եռակցման ժամանակ նյութը ենթարկվում է խիստ գոլորշիացման, իսկ բարձր ջերմաստիճանի գոլորշու առաջացրած ընդարձակման ճնշումը դուրս է մղում հեղուկ մետաղը՝ առաջացնելով փոքր անցքեր։ Ի լրումն նյութի գոլորշիների ճնշման և աբլյացիոն ճնշման (նաև հայտնի է որպես գոլորշիացման ռեակցիայի ուժ կամ հետադարձ ճնշում), կան նաև մակերևութային լարվածություն, հեղուկի ստատիկ ճնշում, որը առաջանում է գրավիտացիայի հետևանքով և հեղուկի դինամիկ ճնշում, որը առաջանում է հալված նյութի հոսքի միջոցով: փոքր փոս. Այս ճնշումներից միայն գոլորշու ճնշումն է պահպանում փոքր անցքի բացումը, մինչդեռ մյուս երեք ուժերը ձգտում են փակել փոքր անցքը: Եռակցման գործընթացում բանալու անցքի կայունությունը պահպանելու համար գոլորշիների ճնշումը պետք է բավարար լինի այլ դիմադրությունը հաղթահարելու և հավասարակշռության հասնելու համար՝ պահպանելով բանալու անցքի երկարաժամկետ կայունությունը: Պարզության համար, ընդհանուր առմամբ, ենթադրվում է, որ առանցքային անցքի պատի վրա ազդող ուժերը հիմնականում աբլացիոն ճնշումն են (մետաղական գոլորշիների հետադարձ ճնշում) և մակերևութային լարվածությունը:

Keyhole-ի անկայունություն

Նախապատմություն. Լազերը գործում է նյութերի մակերեսի վրա՝ առաջացնելով մեծ քանակությամբ մետաղի գոլորշիացում: Հետադարձ ճնշումը սեղմվում է հալված ավազանի վրա՝ ձևավորելով առանցքային անցքեր և պլազմա, ինչի արդյունքում աճում է հալման խորությունը: Շարժման ընթացքում լազերը հարվածում է բանալու անցքի ճակատային պատին, և այն դիրքը, որտեղ լազերը շփվում է նյութի հետ, կհանգեցնի նյութի խիստ գոլորշիացման: Միևնույն ժամանակ, բանալու անցքի պատը կզգա զանգվածի կորուստ, և գոլորշիացումը կձևավորի հետադարձ ճնշում, որը կսեղմի հեղուկ մետաղի վրա, ինչի հետևանքով բանալու անցքի ներքին պատը տատանվում է դեպի ներքև և շարժվում դեպի բանալու անցքի հատակը: հալված ավազանի հետևը: Հեղուկ հալված ավազանի առջևի պատից հետևի պատի տատանման պատճառով բանալու անցքի ներսում ծավալը անընդհատ փոխվում է, համապատասխանաբար փոխվում է նաև բանալու անցքի ներքին ճնշումը, ինչը հանգեցնում է ցողված պլազմայի ծավալի փոփոխության։ . Պլազմայի ծավալի փոփոխությունը հանգեցնում է լազերային էներգիայի պաշտպանության, բեկման և կլանման փոփոխության, ինչը հանգեցնում է նյութի մակերեսին հասնող լազերի էներգիայի փոփոխության: Ամբողջ գործընթացը դինամիկ է և պարբերական, որն ի վերջո հանգեցնում է սղոցաձև և ալիքաձև մետաղի ներթափանցմանը, և չկա հարթ հավասար ներթափանցման զոդում: Եռակցման կենտրոնը, ինչպես նաև բանալու անցքի խորության տատանումների իրական ժամանակում չափումըIPG-LDD որպես ապացույց.

Բարելավել բանալու անցքի կայունության ուղղությունը

Լազերային խորը ներթափանցման եռակցման ժամանակ փոքր անցքի կայունությունը կարող է ապահովվել միայն անցքի ներսում տարբեր ճնշումների դինամիկ հավասարակշռությամբ: Այնուամենայնիվ, անցքի պատի կողմից լազերային էներգիայի կլանումը և նյութերի գոլորշիացումը, մետաղի գոլորշիների արտանետումը փոքր անցքից դուրս և փոքր անցքի և հալված ավազանի առաջ շարժումը բոլորն էլ շատ ինտենսիվ և արագ գործընթացներ են: Գործընթացի որոշակի պայմաններում, եռակցման գործընթացի որոշակի պահերին, հավանական է, որ փոքր անցքի կայունությունը կարող է խախտվել տեղական տարածքներում, ինչը կհանգեցնի եռակցման թերությունների: Ամենատիպիկ և տարածվածը փոքր ծակոտկեն տիպի ծակոտկենության թերություններն են և բանալու անցքի փլուզման հետևանքով առաջացած ցրվածությունը.

Այսպիսով, ինչպե՞ս կայունացնել բանալու անցքը:

Բանալին անցքի հեղուկի տատանումը համեմատաբար բարդ է և ներառում է չափազանց շատ գործոններ (ջերմաստիճանի դաշտ, հոսքի դաշտ, ուժային դաշտ, օպտոէլեկտրոնային ֆիզիկա), որոնք կարելի է պարզապես ամփոփել երկու կատեգորիայի. Մետաղական գոլորշու հետադարձ ճնշումը ուղղակիորեն ազդում է առանցքային անցքերի առաջացման վրա, որը սերտորեն կապված է առանցքային անցքերի խորության և ծավալի հետ: Միևնույն ժամանակ, որպես մետաղի գոլորշու միակ դեպի վեր շարժվող նյութը եռակցման գործընթացում, այն նաև սերտորեն կապված է ցողման առաջացման հետ. Մակերեւութային լարվածությունը ազդում է հալած ավազանի հոսքի վրա.

Այսպիսով, լազերային եռակցման կայուն գործընթացը կախված է հալած ավազանում մակերևութային լարվածության բաշխման գրադիենտի պահպանումից՝ առանց չափազանց մեծ տատանումների: Մակերեւութային լարվածությունը կապված է ջերմաստիճանի բաշխման հետ, իսկ ջերմաստիճանի բաշխումը կապված է ջերմության աղբյուրի հետ։ Հետևաբար, կոմպոզիտային ջերմության աղբյուրը և ճոճվող եռակցումը պոտենցիալ տեխնիկական ուղղություններ են եռակցման կայուն գործընթացի համար.

Մետաղական գոլորշիների և առանցքային անցքի ծավալը պետք է ուշադրություն դարձնի պլազմային էֆեկտին և բանալու անցքի բացման չափին: Որքան մեծ է բացվածքը, այնքան մեծ է բանալու անցքը և աննշան տատանումները հալման ավազանի ներքևի կետում, որոնք համեմատաբար փոքր ազդեցություն ունեն բանալու անցքի ընդհանուր ծավալի և ներքին ճնշման փոփոխության վրա. Այսպիսով, կարգավորելի օղակաձև ռեժիմի լազերային (օղաձև կետ), լազերային աղեղի վերահամակցումը, հաճախականության մոդուլյացիան և այլն բոլոր ուղղություններն են, որոնք կարող են ընդլայնվել: