Լազերային նյութի փոխազդեցություն – բանալու անցքի էֆեկտ

Բանալինների ձևավորումը և զարգացումը.

Բանալու անցքի սահմանումը. Երբ ճառագայթման ճառագայթումը մեծ է 10 ^ 6 Վտ/սմ ^ 2-ից, նյութի մակերեսը հալվում և գոլորշիանում է լազերի ազդեցությամբ: Երբ գոլորշիացման արագությունը բավականաչափ մեծ է, առաջացած գոլորշու հետադարձ ճնշումը բավարար է հեղուկ մետաղի մակերեսային լարվածությունը և հեղուկի ձգողականությունը հաղթահարելու համար, դրանով իսկ տեղաշարժելով հեղուկ մետաղի մի մասը, ինչը հանգեցնում է գրգռման գոտում գտնվող հալված լճակի խորտակմանը և փոքր փոսերի առաջացմանը: Լույսի ճառագայթը անմիջապես ազդում է փոքր փոսի հատակին՝ առաջացնելով մետաղի հետագա հալեցում և գազացում: Բարձր ճնշման գոլորշին շարունակում է ստիպել փոսի հատակում գտնվող հեղուկ մետաղը հոսել դեպի հալված լճակի ծայրամասը՝ ավելի խորացնելով փոքր անցքը: Այս գործընթացը շարունակվում է, ի վերջո հեղուկ մետաղի մեջ առաջացնելով բանալու անցքի նման անցք: Երբ փոքր անցքում լազերային ճառագայթի կողմից առաջացած մետաղի գոլորշու ճնշումը հասնում է հեղուկ մետաղի մակերեսային լարվածության և ձգողականության հետ հավասարակշռության, փոքր անցքը այլևս չի խորանում և առաջացնում է խորության կայուն փոքր անցք, որը կոչվում է «փոքր անցքի էֆեկտ»:

Երբ լազերային ճառագայթը շարժվում է աշխատանքային մասի նկատմամբ, փոքր անցքը ցույց է տալիս մի փոքր հետ թեքված առջևի մաս և հստակ թեքված շրջված եռանկյունի հետևի մասում։ Փոքր անցքի առջևի եզրը լազերի գործողության գոտին է՝ բարձր ջերմաստիճանով և բարձր գոլորշու ճնշմամբ, մինչդեռ հետևի եզրի երկայնքով ջերմաստիճանը համեմատաբար ցածր է, իսկ գոլորշու ճնշումը՝ փոքր։ Այս ճնշման և ջերմաստիճանի տարբերության տակ հալված հեղուկը հոսում է փոքր անցքի շուրջ՝ առջևի ծայրից մինչև հետևի ծայրը, առաջացնելով մրրիկ փոքր անցքի հետևի ծայրում, և վերջապես պնդանում է հետևի եզրում։ Լազերային մոդելավորման և իրական եռակցման միջոցով ստացված բանալու անցքի դինամիկ վիճակը ցույց է տրված վերևում նշված նկարում՝ Փոքր անցքերի ձևաբանությունը և շրջակա հալված հեղուկի հոսքը տարբեր արագություններով շարժման ընթացքում։

Փոքր անցքերի առկայության պատճառով լազերային ճառագայթի էներգիան թափանցում է նյութի ներքին մասը՝ ձևավորելով այս խորը և նեղ եռակցման կարը: Լազերային խորը ներթափանցման եռակցման կարի բնորոշ լայնական հատույթի ձևաբանությունը ցույց է տրված վերևում գտնվող նկարում: Եռակցման կարի ներթափանցման խորությունը մոտ է բանալու անցքի խորությանը (ճշգրիտ լինելու համար, մետաղագրական շերտը 60-100 մկմ խորն է բանալու անցքից, մեկ հեղուկ շերտով պակաս): Որքան բարձր է լազերի էներգիայի խտությունը, այնքան 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

Փոքր անցքերի և պլազմայի առաջացումից առաջ լազերի էներգիան հիմնականում փոխանցվում է աշխատանքային մասի ներքին մասին ջերմահաղորդականության միջոցով: Եռակցման գործընթացը պատկանում է հաղորդիչ եռակցման (0.5 մմ-ից պակաս ներթափանցման խորությամբ), և նյութի կողմից լազերի կլանման արագությունը կազմում է 25-45%: Երբ բանալու անցքը ձևավորվում է, լազերի էներգիան հիմնականում կլանվում է աշխատանքային մասի ներքին մասի կողմից բանալու անցքի էֆեկտի միջոցով, և եռակցման գործընթացը վերածվում է խորը ներթափանցման եռակցման (0.5 մմ-ից ավելի ներթափանցման խորությամբ): Կլանման արագությունը կարող է հասնել ավելի քան 60-90%-ի:

Բանալու անցքի էֆեկտը չափազանց կարևոր դեր է խաղում լազերի կլանման բարելավման գործում այնպիսի մշակման ժամանակ, ինչպիսիք են լազերային եռակցումը, կտրումը և հորատումը: Բանալու անցքի մեջ մտնող լազերային ճառագայթը գրեթե ամբողջությամբ կլանվում է անցքի պատից բազմաթիվ անդրադարձումների միջոցով:

Ընդհանուր առմամբ, կարծում են, 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 ուժեղ գոլորշիացման, և բարձր ջերմաստիճանի գոլորշու կողմից առաջացած ընդարձակման ճնշումը դուրս է մղում հեղուկ մետաղը՝ առաջացնելով փոքր անցքեր: Նյութի գոլորշու ճնշումից և աբլյացիայի ճնշումից (հայտնի է նաև որպես գոլորշիացման ռեակցիայի ուժ կամ հետադարձ ճնշում) բացի, կան նաև մակերեսային լարվածություն, ձգողականության հետևանքով առաջացած հեղուկի ստատիկ ճնշում և փոքր անցքի ներսում հալված նյութի հոսքի հետևանքով առաջացած հեղուկ դինամիկ ճնշում: Այս ճնշումներից միայն գոլորշու ճնշումն է պահպանում փոքր անցքի բացումը, մինչդեռ մյուս երեք ուժերը ձգտում են փակել փոքր անցքը: Եռակցման գործընթացի ընթացքում բանալու անցքի կայունությունը պահպանելու համար գոլորշու ճնշումը պետք է բավարար լինի այլ դիմադրությունները հաղթահարելու և հավասարակշռություն հաստատելու համար՝ պահպանելով բանալու անցքի երկարատև կայունությունը: Պարզության համար ընդհանուր առմամբ համարվում է, որ բանալու անցքի պատի վրա ազդող ուժերը հիմնականում աբլյացիայի ճնշումն են (մետաղական գոլորշու հետադարձ ճնշում) և մակերեսային լարվածությունը:

Բանալու անցքի անկայունություն

Նախապատմություն. Լազերը ազդում է նյութերի մակերեսի վրա՝ առաջացնելով մեծ քանակությամբ մետաղի գոլորշիացում: Հետադարձ ճնշումը ճնշում է գործադրում հալված լճակի վրա՝ առաջացնելով բանալու անցքեր և պլազմա, ինչը հանգեցնում է հալման խորության մեծացմանը: Շարժման ընթացքում լազերը հարվածում է բանալու անցքի առջևի պատին, և այն դիրքը, որտեղ լազերը շփվում է նյութի հետ, առաջացնում է նյութի ուժեղ գոլորշիացում: Միաժամանակ, բանալու անցքի պատը կկրի զանգվածի կորուստ, և գոլորշիացումը կառաջացնի հետադարձ ճնշում, որը ճնշում կգործադրի հեղուկ մետաղի վրա՝ ստիպելով բանալու անցքի ներքին պատը տատանվել ներքև և շարժվել բանալու անցքի հատակի շուրջ՝ դեպի հալված լճակի հետևի մասը: Հեղուկ հալված լճակի առջևի պատից դեպի հետևի պատ տատանումների պատճառով բանալու անցքի ներսում ծավալը անընդհատ փոխվում է: Բանալու անցքի ներքին ճնշումը նույնպես համապատասխանաբար փոխվում է, ինչը հանգեցնում է դուրս ցողված պլազմայի ծավալի փոփոխության: Պլազմայի ծավալի փոփոխությունը հանգեցնում է լազերի էներգիայի պաշտպանության, բեկման և կլանման փոփոխությունների, ինչը հանգեցնում է նյութի մակերեսին հասնող լազերի էներգիայի փոփոխության: Ամբողջ գործընթացը դինամիկ և պարբերական է, ինչը, ի վերջո, հանգեցնում է սղոցի ատամնաձև և ալիքավոր մետաղի ներթափանցման, և չկա հարթ, հավասար ներթափանցման եռակցում։ Վերևում նշված նկարը եռակցման կենտրոնի լայնական հատույթն է, որը ստացվել է եռակցման կենտրոնին զուգահեռ երկայնական կտրվածքով, ինչպես նաև բանալու անցքի խորության փոփոխության իրական ժամանակի չափումը՝IPG-LDD-ն որպես ապացույց։

Բարելավեք 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, մետաղական գոլորշու արտանետումը փոքր անցքից դուրս, ինչպես նաև փոքր անցքի և հալված հեղուկի առաջ շարժումը բոլորը շատ ինտենսիվ և արագ գործընթացներ են: Որոշակի գործընթացային պայմաններում, եռակցման գործընթացի որոշակի պահերին, կա հնարավորություն, որ փոքր անցքի կայունությունը կարող է խաթարվել տեղային հատվածներում, ինչը կհանգեցնի եռակցման թերությունների: Ամենատարածված և ամենատարածվածներն են փոքր ծակոտիների տիպի ծակոտկենության թերությունները և անցքի փլուզման հետևանքով առաջացած ցայտքը:

Այսպիսով, ինչպե՞ս կայունացնել բանալու անցքը։

Բանալախոռոչի հեղուկի տատանումը համեմատաբար բարդ է և ներառում է չափազանց շատ գործոններ (ջերմաստիճանային դաշտ, հոսքի դաշտ, ուժային դաշտ, օպտոէլեկտրոնային ֆիզիկա), որոնք կարելի է պարզապես ամփոփել երկու կատեգորիայի՝ մակերեսային լարվածության և մետաղական գոլորշու հետադարձ ճնշման միջև եղած կապը։ Մետաղական գոլորշու հետադարձ ճնշումը անմիջականորեն ազդում է բանալախոռոչների առաջացման վրա, որը սերտորեն կապված է բանալախոռոչների խորության և ծավալի հետ։ Միևնույն ժամանակ, որպես եռակցման գործընթացում մետաղական գոլորշու միակ վերև շարժվող նյութ, այն նաև սերտորեն կապված է ցայտքի առաջացման հետ։ Մակերեսային լարվածությունը ազդում է հալված ավազանի հոսքի վրա։

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

Մետաղական գոլորշու և բանալու անցքի ծավալի դեպքում անհրաժեշտ է ուշադրություն դարձնել պլազմայի էֆեկտին և բանալու անցքի բացվածքի չափին: Որքան մեծ է բացվածքը, այնքան մեծ է բանալու անցքը, և հալույթի լողավազանի ստորին կետում տատանումները աննշան են, որոնք համեմատաբար փոքր ազդեցություն ունեն բանալու անցքի ընդհանուր ծավալի և ներքին ճնշման փոփոխությունների վրա։ Այսպիսով, կարգավորելի օղակաձև ռեժիմի լազերը (օղակաձև կետ), լազերային աղեղի վերակոմբինացիան, հաճախականության մոդուլյացիան և այլն բոլորն էլ ուղղություններ են, որոնք կարող են ընդլայնվել։