Аналитическая модель динамики парогазового канала при лазерной сварке с глубоким проплавлением

Abstract

При лазерной сварке с глубоким проплавлением, когда интенсивность лазерного излучения превышает определенный предел, зависящий от свойств свариваемого материала, может образовываться характерный парогазовый канал. Канал и окружающая ванна расплавленного металла являются высокодинамичной системой. Этим вызвана нестабильность канала, что может приводить к его разрушению во время сварочного процесса, образованию нежелательных включений и пор, а также к существенному ухудшению качества сварного соединения. Для лучшего понимания этой комплексной системы используется упрощенная аналитическая модель канала, которая описывает его геометрию, а также позволяет рассчитывать влияние различных пространственных распределений интенсивности лазерного излучения на динамику канала и процесс образования пор. Данная модель используется для расчета температуры стенок канала исходя из уравнения энергии, которое учитывает тепловыделение за счет поглощения лазерного излучения, теплопроводности, а также потерь тепла и на испарение. Температура поверхности необходима для расчета радиуса канала, вычисляемого путем решения уравнения равновесия. Это уравнение содержит давление отдачи на краю кнудсеновского слоя, которое поддерживает форму канала, несмотря на действие поверхностного натяжения со стороны окружающего жидкого металла. На втором этапе используется динамическое уравнение, описывающее поведение канала. Динамический расчет основан на балансе сил в канале. Для изучения влияния пространственного распределения интенсивности лазерного излучения применяется гауссово и цилиндрическое распределения. Показано, что распределение интенсивности лазерного излучения существенно влияет на геометрию канала, а градиент давления значительного изменяется, что приводит к различному динамическому поведению. Библиогр. 17, рис. 2.