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激光焊接中一維激光燒蝕物理模型

發(fā)布時間：2015-01-17

wang等認為，在激光燒蝕過程中存在光熱燒蝕、等離子體輔助燒蝕和光化學(xué)燒蝕三種途徑把激光焊接機的激光能量傳送到靶材。途徑一通過逆Brem-ssnahlung效應(yīng)把光子量傳送到靶材，適用于較低激光功率密度( 100—500MW/cm2)和較長脈沖寬>=10ns的場合；途徑二通過高能量的離子轟擊靶材表面而傳送能量到靶材，適用于激光功率密度遠大于500MW/cm2的高功密度場合，實現(xiàn)光熱燒蝕到等離子體的轉(zhuǎn)變；途徑三直接是量子現(xiàn)象的結(jié)果，即當(dāng)激光光子能量與材料分子結(jié)合能一數(shù)量級時，激光焊接的激光光子能量就被材料分子鍵吸收而導(dǎo)致材料分子鍵斷裂，主要：為高分子聚合體。前兩種途徑均會在靶材旁留下小的液滴和熱影響區(qū)，而第三，不留下任何痕跡。
三種途徑的物理過程描述如下：高能量的激光束與靶材相：用，光束能量部分轉(zhuǎn)換為足夠使靶材熔化和蒸發(fā)的熱能（光熱燒蝕）；蒸發(fā)的部分電離形成等寓子體；吸收激光的等離子體膨脹、冷卻、凝固成簇，這一過；斷進行下去，直到激光停止作用。人們據(jù)此提出了一個簡化的一維激光燒蝕物型，運用激光焊接機這個模型可以預(yù)測蒸發(fā)前沿的溫度和蒸氣通量以及顆粒形成和燒蝕率：由于一方面該模型沒有考慮從靶材表面發(fā)生的熱傳導(dǎo)、對流和輻射損失，另一方面缺少高溫時的熱物理和光學(xué)性能數(shù)據(jù)，從而使得用模型預(yù)測的結(jié)果比試驗值偏高，盡管變化趨勢是一致的。