Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера

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 использо...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Автоматическая сварка
Date:2010
Main Authors: Кривцун, И.В., Семенов, И.Л., Демченко, В.Ф.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2010
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101255
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера / И.В. Кривцун. И.Л. Семенов, В.Ф. Демченко // Автоматическая сварка. — 2010. — № 1 (681). — С. 5-10. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859618769382408192
author Кривцун, И.В.
Семенов, И.Л.
Демченко, В.Ф.
author_facet Кривцун, И.В.
Семенов, И.Л.
Демченко, В.Ф.
citation_txt Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера / И.В. Кривцун. И.Л. Семенов, В.Ф. Демченко // Автоматическая сварка. — 2010. — № 1 (681). — С. 5-10. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Автоматическая сварка
description 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. Mathematical model of the processes of heating, melting and evaporation of metal under the effect of a focused laser beam pulse is suggested. The model allows describing thermal processes in metal and hydrodynamic processes in a metal vapour flow occurring in laser treatment by using the pulse lasers. Numerical analysis has been conducted to study the processes of heating and convective evaporation of metal with a millisecond pulse of the Nd:YAG-laser beam affecting the low-carbon steel sample.
first_indexed 2025-11-28T23:58:38Z
format Article
fulltext УДК 621.791.72:621.375.826 ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВА И КОНВЕКТИВНОГО ИСПАРЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ОБРАБОТКЕ ИЗЛУЧЕНИЕМ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРА 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) 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. К л ю ч е в ы е с л о в а : импульсный лазер, лазерное излуче- ние, металл, температурное поле, испарение, металличес- кий пар, кнудсеновский слой, газодинамические процессы, математическая модель Исследование физических процессов, происходя- щих при взаимодействии лазерного излучения вы- сокой интенсивности с веществом, играет важную роль в развитии новых технологий лазерной свар- ки и обработки различных, в первую очередь, ме- таллических материалов [1–4]. Особый интерес для развития таких технологий, как микросварка, гравировка, сверление и прочих, представляет изучение процессов взаимодействия с металлами сфокусированного излучения импульсных и им- пульсно-периодических лазеров [5–8]. К таким процессам относятся поглощение лазерного из- лучения металлом, его нагрев, плавление и пос- ледующее испарение, сопровождающееся разле- том металлического пара в окружающий газ (конвективный режим испарения). Обычно при анализе конвективного испарения металлов для определения количественных характеристик про- цесса испарения (плотности, температуры и ско- рости разлета пара) используют модель, предло- женную Ч. Найтом [9]. Данная модель построена в предположении, что течение пара является од- номерным и стационарным. Однако при высокос- коростном нагреве металла сфокусированным из- лучением импульсного лазера оба эти предпо- ложения заведомо не выполняются, так как после достижения температуры кипения Tb в центре пят- на нагрева поверхность расплава продолжает наг- реваться до температур, намного превышающих Tb, а поток пара, истекающего из пятна нагрева, получает боковую разгрузку, что нарушает од- номерную картину течения, предполагаемую в ра- боте [9]. В настоящей работе проводится анализ применимости различных моделей конвективного испарения металла в условиях нагрева металли- ческой пластины сфокусированным пучком излу- чения импульсного лазера (без учета ионизации пара и образования лазерной плазмы). Рассмотрим процесс нагрева металлической пластины одиночным импульсом сфокусирован- ного лазерного излучения. Полагая пространс- твенное распределение интенсивности излучения симметричным относительно оси пучка, сформу- лируем математическую модель нагрева пластины в осесимметричной постановке. Введем цилинд- рическую систему координат так, как показано на рис. 1. Предположим, что интенсивность из- лучения I0 распределена равномерно по пятну наг- рева радиуса R0 и остается постоянной в течение импульса. Интенсивность излучения I0 определя- ется через полную энергию импульса W, его дли- тельность τ и площадь поперечного сечения пучка на поверхности пластины S = πR0 2 следующим об- разом: I0 = W/(τS). Для большинства металлов можно пренебречь объемным характером поглощения лазерного из- лучения. Тогда тепловое воздействие лазерного пучка на металлический образец можно предс- тавить в виде поверхностного источника тепла, распределенного по поверхности пластины с плотностью q(r): © И. В. Кривцун, И. Л. Семенов, В. Ф. Демченко, 2010 Рис. 1. Схема нагрева металлической пластины лазерным пучком: 1 — пластина; 2 — пятно нагрева; 3 — ось лазерного пучка 1/2010 5 q(r) = ⎧ ⎨ ⎩ ⎪ ⎪ A(Ts)I0 при r ≤ R0, 0 при r > R0, (1) где A(Ts) — коэффициент поглощения лазерного излучения, зависящий от температуры поверхнос- ти металла Ts(r). Уравнение теплопроводности в образце запи- шем в виде C(T)ρ(T)∂T ∂t = 1r ∂ ∂r ⎛ ⎜ ⎝ rλ(T)∂T ∂r ⎞ ⎟ ⎠ + ∂ ∂z ⎛ ⎜ ⎝ λ(T)∂T ∂z ⎞ ⎟ ⎠ , 0 < r < R, 0 < z < L, t > 0, (2) где C(T), ρ(T), λ(T) — соответственно эффектив- ная теплоемкость металла (с учетом скрытой теп- лоты плавления), плотность и коэффициент теп- лопроводности. Граничные условия для уравнения (2) запишем в виде ∂T ∂r | r = 0 = 0; T(r, L, t) = T(R, z, t) = T0; –λ(Ts) ∂T ∂z | z = 0 = q – qrc – qe. (3) Здесь qrc(Ts) = εσ(Ts 4 – T0 4) + α(Ts – T0) — потери тепла на излучение и теплообмен поверхности с окружающей средой; ε — степень черноты по- верхности металла; σ — постоянная Стефана– Больцмана; α — коэффициент теплообмена; T0 — температура окружающей среды; qe(Ts) = = κqm(Ts) — удельный поток тепла, уносимого паром с поверхности расплава; κ — удельная теп- лота парообразования; qm(Ts) = ρ– u– — удельный массовый поток пара; ρ–, u– — соответственно плотность и скорость металлического пара вблизи испаряющейся поверхности. Для замыкания задачи (2), (3) требуется ис- пользовать модель конвективного испарения ме- талла, позволяющую рассчитывать скорость u– и плотность ρ–. В рамках модели испарения Найта структуру одномерного дозвукового течения пара можно представить следующим образом (рис. 2): по внешнему газу распространяется ударная вол- на, за которой движется контактный разрыв, пред- ставляющий собой область контакта внешнего га- за и расширяющегося металлического пара. Вблизи испаряющейся поверхности металла существует кнудсеновский слой толщиной поряд- ка нескольких длин свободного пробега, за пре- делами которого (в газодинамической области те- чения) устанавливается равновесие по поступа- тельным степеням свободы частиц пара. В работе [9] предложены следующие соотношения, связы- вающие плотность ρ– и температуру T– пара на границе кнудсеновского слоя с плотностью на- сыщенного пара ρs и температурой испаряющей поверхности Ts: T– Ts = ⎡⎢ ⎣ √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯1 + π(γ – 1 γ + 1 m2 )2 – √⎯⎯π γ – 1 γ + 1 m2 ⎤ ⎥ ⎦ 2 , (4) ρ– ρs = √⎯⎯Ts T– ⎡⎢ ⎣ (m2 + 12)em 2 er fc(m) – m √⎯⎯π ⎤ ⎥ ⎦ + + 12 Ts T– [1 – √⎯⎯π mem 2 erfc(m)]. (5) Здесь m = u– ⁄ √⎯⎯⎯⎯2ℜT– = √⎯⎯⎯⎯⎯γ ⁄ 2M– ; ℜ — газовая постоянная; γ = 5/3 — показатель адиабаты пара, предполагаемого одноатомным идеальным газом; M– — число Маха на границе кнудсеновского слоя. Давление насыщенного пара находится из уравнения Клайперона–Клаузиуса, а плотность — из уравнения состояния идеального газа p– = ρ–ℜT–. Ско- рость u– и давление p– связаны с плотностью ρ0 и давлением во внешнем газе через соотношение на ударной волне [9] u– = p– – p0 √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ρ0 2 (p– (γ + 1) + p0(γ – 1)) . (6) Из соотношений (4)...(6) можно получить одно нелинейное уравнение для определения скорости u– (возможность применения сопряженной модели (2)...(6) ограничивается предположением Найта о стационарном характере течения пара). Рассмотрим задачу нестационарной газовой динамики металлического пара, сохраняя, как и ранее, предположение об одномерной картине те- чения. Пусть Oz′ — ось цилиндрической системы координат, направленная перпендикулярно повер- хности пластины в сторону паровой фазы. При большом числе Рейнольдса (скорость разлета пара по порядку величины составляет 500…700 м/с) Рис. 2. Схема одномерного разлета пара [9]: 1 — кнудсенов- ский слой; 2 — контактный разрыв; 3 — ударная волна 6 1/2010 для описания газодинамики парогазовой смеси можно использовать уравнения Эйлера ∂U→ ∂t + ∂F→ ∂z′ = 0, z′ ∈ [0, H], (7) где U→ = (ρm, ρ, ρu, E); F→ = (ρmu, ρu, ρu2 + p, (E + p)u); ρ, u, p — соответственно плотность, скорость и давление смеси; ρm — плотность металлического пара; E = ρe + ρu2/2 — энергия смеси; e = p/ρ(γ – – 1) — внутренняя энергия. Уравнения (7) интегрируем при следующих граничных и начальных условиях: ∂U→ ∂z′ | z′ = H = 0, t > 0, (8) u(0, t) = u0+ + p(0, t) – p0+ √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ρ0+ 2 [p(0, t)(γ + 1) + p0+(γ – 1)] , ρm(0, t) = ρ(0, t), p(0) = p(0, t)RT, t ≥ 0; (9) p(z′, 0) = p0, u(z′, 0) = 0, ρ(z′, 0) = ρ0, ρm(z′, 0) = 0, 0 < z′ < H, (10) где p0+ = p(+0, t); ρ+0 = ρ(+0, t); u+0 = u(+0, t). Плотность ρ и температура T при z′ = 0, t ≥ 0 определяются из условий (4) и (5), полагая ρ– = ρ, T– = T, u– = u(0, t). Для численного решения задачи (2), (3) ис- пользовали метод Писмена–Рэкфорда [10] с ло- кальными итерациями по нелинейности в разнос- тном аналоге условия локального баланса энергии на поверхности пластины. Задачу нестационарной газовой динамики (7)...(10) решали методом Го- дунова 2-го порядка точности [11]. Рассмотрим нагрев пластины из низкоуглеро- дистой стали одиночным импульсом сфокусиро- ванного лазерного излучения со следующими па- раметрами: I0 = 5⋅106 Вт/см2, τ = 1 мс, R0 = = 0,1 мм, что соответствует, например, характер- ным параметрам режима работы импульсного Nd:YAG-лазера, входящего в состав установки для сварки, резки и глубокой гравировки [12]. Толщина пластины L и радиус расчетной области R (см. рис. 1) выбраны следующими: L = 1 мм, R = 2 мм. Теплофизические свойства низкоугле- родистой стали были взяты из работы [13], а со- ответствующую температурную зависимость коэффициента поглощения лазерного излучения рассчитали по данным работ [14–16] (рис. 3). В качестве испаряемого вещества рассматривали железо, а в качестве атмосферного газа — воздух при нормальных условиях. Проведем сравнительный анализ решения са- мосогласованной задачи нагрева (1)...(3) и кон- вективного испарения металла для двух моделей газодинамики пара: стационарной [9] и нестаци- онарной (4), (5), (7)...(10) применительно к наг- реву пластины импульсом лазерного излучения. Результаты расчета приведены на рис. 4, 5 (время на рис. 4, б, 5 отсчитывается от начала испарения). При выбранных параметрах лазерного импульса температура в центре пятна нагрева достигает температуры кипения за 7 мкс (рис. 4, а) и в те- чение примерно 80 мкс продолжает повышаться до 3800 °С, после чего остается практически пос- тоянной до конца импульса. В режиме стабили- зации температуры поверхности металла тепло- вой поток за счет лазерного нагрева компенси- руется потерями тепла на испарение и отчасти лучистым теплообменом поверхности с окружа- ющей средой. К моменту времени (относительно начала ис- парения), когда температура поверхности металла перестает изменяться во времени, ударная волна перемещается на расстояние, значительно превы- шающее характерный размер области решения га- зодинамической задачи (например, диаметра пят- на нагрева) и не влияет на кинетику процесса испарения металла с поверхности расплава. Если время выхода на стационарное значение темпе- ратуры поверхности жидкого металла стремится к нулю (бесконечно большая скорость нагрева), то газодинамические характеристики потока (ско- рость, давление) соответствуют модели Найта. Несмотря на то что в нестационарной модели кон- вективного испарения эти характеристики отли- чаются от идеализированной схемы течения Най- та (см. рис. 5), значения удельного массового по- тока пара на границе кнудсеновского слоя, рас- считанные по стационарной и нестационарной мо- делям испарения, практически совпадают (см. рис. 4, б). Это объясняется тем, что время выхода температуры поверхности на стационарное зна- чение (см. рис. 4, а) намного меньше характерного времени установления газодинамических процес- сов. Поэтому следует ожидать, что при умень- шении скорости нагрева будет наблюдаться более существенное отличие в структуре течения и со- Рис. 3. Температурная зависимость коэффициента поглоще- ния излучения Nd:YAG-лазера на образец из низкоуглеродис- той стали 1/2010 7 ответственно в значении удельного массового по- тока qm(t). В качестве иллюстрации к последнему утвер- ждению рассмотрим нагрев пластины лазерным излучением с меньшей интенсивностью I0 = = 7⋅105 Вт/см2. В отличие от условий нагрева, рассмотренных выше, при невысоких скоростях нагрева различия между стационарной и неста- ционарной моделями испарения с точки зрения решения тепловой задачи становятся более су- щественными (рис. 6). Таким образом, при более низких скоростях нагрева требуется учитывать нестационарный характер газодинамических процессов. Рассмотренные выше модели справедливы для испарения металла с развитой поверхностью жид- кости (с неограниченной плоской поверхностью). При испарении с поверхности пятна небольшого диаметра, как это имеет место при воздействии на металл сфокусированного лазерного излуче- ния, предположение об одномерной структуре га- зодинамического течения нарушается. Для иссле- дования влияния бокового разлета пара рассмот- рим двухмерную задачу газовой динамики для па- рогазовой смеси в осесимметричной постановке. Уравнения Эйлера в цилиндрической системе ко- ординат (r, z′) имеют вид ∂U→ ∂t + ∂F→ ∂r + ∂G→ ∂z′ = – f → r. (11) Здесь U→ = (ρ1, ρ, ρu, ρv, E); f→ = (ρ1u, ρu, ρu2, (E + p)u); F→ = (ρmu, ρu, ρu2 + p, ρuv, (E + p)u); G→ = (ρmv, ρv, ρuv, ρv2 + p, (E + p)v); u, v — соответственно аксиаль- ная и радиальная компоненты вектора скорости; Рис. 4. Динамика изменения температуры металла в центре пятна лазерного нагрева (а) и массового потока пара с повер- хности расплава (б): 1 — нестационарная; 2 — стационарная модель Рис. 5. Распределение скорости движения пара (а) и газоди- намического давления (б) в паровой фазе при t = 6,7⋅10–6 с: 1, 2 — то же, что и на рис. 4 Рис. 6. Изменение массового потока пара во времени при I0 = = 7⋅105 Вт/см2: 1, 2 — то же, что и на рис. 4 8 1/2010 E = ρe + (ρu2 + ρv2)/2 — энергия смеси; e = p/ρ(γ – – 1). Уравнение (11) будем интегрировать в облас- ти, показанной на рис. 7. Границы Г4, Г5 являются внешними границам области течения, Г3 — ось симметрии, Г6 — по- верхность металла вне пятна испарения. Кнудсе- новский слой на поверхности жидкой металли- ческой ванны моделируется прямоугольным выс- тупом с границами Г1, Г2. На границе Г1 задается граничное условие, аналогичное (9). Касательная компонента вектора скорости на этой границе до- определяется из области течения по характерис- тическим соотношениям. На поверхности металла ставится граничное условие непротекания, на оси течения — условие симметрии, а на внешних гра- ницах Г4 и Г5 — неотражающие граничные ус- ловия. Начальные условия задаются в виде: p = = p0, u = 0, v = 0, ρ = ρ0, ρ1 = 0, где p0, ρ0 — давление и плотность атмосферного газа. Сформулированную задачу двухмерной газо- вой динамики решали методом Годунова 2-го по- рядка точности (TVD схема). Размеры расчетной области выбирали следующим образом: длина границы Г1 составляла 0,015 см, толщину кнуд- сеновского слоя Г2 принимали равной 0,006 см (исходя из оценки средней длины свободного про- бега в атмосферном газе и в парах металла не- посредственно над расплавом). Размеры внешних границ расчетной области Г5, Г6 принимали рав- ными 6L0. В качестве внешнего газа рассматри- вали воздух при нормальных условиях. Темпе- ратуру испаряющейся поверхности металла при- нимали постоянной и равной 4000 °С. Результаты расчетов представлены на рис. 8, 9. При наличии боковой разгрузки парового по- тока возникает качественно иная картина течения. Скорость на границе кнудсеновского слоя не дос- тигает стационарного значения (как в одномерном случае), а монотонно возрастает, пока число Маха на границе слоя не станет равным единице (рис. 8, б). После этого в области течения пара образуется стационарный скачок уплотнения, за которым с постоянной скоростью распространяется контак- тный разрыв. Скачок уплотнения образуется вследствие того, что давление в области между границей кнудсеновского слоя и внешним газом становится меньше атмосферного (область пони- женного давления на рис. 8, а). Ударная волна в рассматриваемый момент времени находится на расстоянии 0,075 см от границы кнудсеновского слоя, а область пониженного давления и скачок уплотнения — на расстоянии 0,05 см. Подобная картина течения зафиксирована эксперименталь- но в работе [5] при исследовании воздействия им- пульсного лазерного излучения на металл. Сле- дует отметить, что аналогичная структура течения наблюдается также при сверхзвуковом истечении газа из сопла в режиме недорасширения. Рассмотрим условия нестационарного режима нагрева металла лазерным излучением. Время вы- хода температуры поверхности на стационарное значение примерно на три порядка превышает время, за которое число Маха на границе кнуд- сеновского слоя становится равным единице. Сле- довательно, при наличии боковой разгрузки пара задачу о нагреве металла лазерным излучением с достаточно хорошим приближением можно рас- сматривать, полагая число Маха на границе кнуд- сеновского слоя равным единице. При этом из Рис. 7. Схема расчетной области для решения двухмерных уравнений газовой динамики: 1 — кнудсеновский слой; 2 — газодинамическая область Рис. 8. Изолинии давления p/p0 (а) и плотности (б) при t = 4⋅10–7 с: 1 — ударная волна; 2 — контактный разрыв; 3 — скачок уплотнения 1/2010 9 соотношений (4), (5) можно найти массовый по- ток, не решая задачу газовой динамики. В заключение следует отметить, что такие важ- ные с точки зрения технологических приложений характеристики, как тепловое состояние металла, плотность массового потока металлического пара, скорость его разлета, потери тепла на испарение и давление реакции отдачи пара, определяются не только условиями нагрева металла, но и га- зодинамическими процессами, протекающими в паровой фазе. В общем случае для моделирования рассматриваемой ситуации необходимо использо- вать самосогласованную модель, описывающую тепловые процессы в объеме металла, процессы тепло-, массопереноса в кнудсеновском слое, а также газодинамические процессы в потоке пара. 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.: Энергоатомиз- дат, 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 стацио- нарном испарении металла под действием лазерного из- лучения / 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 atmos- phere / 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 взаимодейс- твии 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 противодавле- ния // 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. Мате- матические вопросы численного решения гиперболичес- ких систем уравнений. — М.: Физматлит, 2001. — 608 с. 12. Кириченко В. В., Грязнов Н. А., Кривцун И. В. Экспери- ментальный комплекс для исследования процессов им- пульсной 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 tempera- tures // Phil. Mag. — 1969. — 20, № 12. — P. 1115–1132. Mathematical model of the processes of heating, melting and evaporation of metal under the effect of a focused laser beam pulse is suggested. The model allows describing thermal processes in metal and hydrodynamic processes in a metal vapour flow occurring in laser treatment by using the pulse lasers. Numerical analysis has been conducted to study the processes of heating and convective evaporation of metal with a millisecond pulse of the Nd:YAG-laser beam affecting the low-carbon steel sample. Поступила в редакцию 08.05.2009 Рис. 9. Распределение давления вдоль оси симметрии при t = = 4⋅10–7 с (а) и зависимость максимального числа Маха на границе кнудсеновского слоя от времени (б) 10 1/2010
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101255
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0005-111X
language Russian
last_indexed 2025-11-28T23:58:38Z
publishDate 2010
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format dspace
spelling Кривцун, И.В.
Семенов, И.Л.
Демченко, В.Ф.
2016-06-01T17:16:19Z
2016-06-01T17:16:19Z
2010
Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера / И.В. Кривцун. И.Л. Семенов, В.Ф. Демченко // Автоматическая сварка. — 2010. — № 1 (681). — С. 5-10. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
0005-111X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101255
621.791.72:621.375.826
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.
Mathematical model of the processes of heating, melting and evaporation of metal under the effect of a focused laser beam pulse is suggested. The model allows describing thermal processes in metal and hydrodynamic processes in a metal vapour flow occurring in laser treatment by using the pulse lasers. Numerical analysis has been conducted to study the processes of heating and convective evaporation of metal with a millisecond pulse of the Nd:YAG-laser beam affecting the low-carbon steel sample.
ru
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
Автоматическая сварка
Научно-технический раздел
Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера
Numerical analysis of processes of heating and convective evaporation of metal in treatment by a pulsed laser radiation
Article
published earlier
spellingShingle Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера
Кривцун, И.В.
Семенов, И.Л.
Демченко, В.Ф.
Научно-технический раздел
title Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера
title_alt Numerical analysis of processes of heating and convective evaporation of metal in treatment by a pulsed laser radiation
title_full Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера
title_fullStr Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера
title_full_unstemmed Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера
title_short Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера
title_sort численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера
topic Научно-технический раздел
topic_facet Научно-технический раздел
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101255
work_keys_str_mv AT krivcuniv čislennyianalizprocessovnagrevaikonvektivnogoispareniâmetallapriobrabotkeizlučeniemimpulʹsnogolazera
AT semenovil čislennyianalizprocessovnagrevaikonvektivnogoispareniâmetallapriobrabotkeizlučeniemimpulʹsnogolazera
AT demčenkovf čislennyianalizprocessovnagrevaikonvektivnogoispareniâmetallapriobrabotkeizlučeniemimpulʹsnogolazera
AT krivcuniv numericalanalysisofprocessesofheatingandconvectiveevaporationofmetalintreatmentbyapulsedlaserradiation
AT semenovil numericalanalysisofprocessesofheatingandconvectiveevaporationofmetalintreatmentbyapulsedlaserradiation
AT demčenkovf numericalanalysisofprocessesofheatingandconvectiveevaporationofmetalintreatmentbyapulsedlaserradiation