Pсигн= 100Pшум = kчувPmin; Pmin = 100Pшум/kчув. (2.3)
Значения kчув, Pшум имеются в литературе, для нескольких приемников они приведены в приложении. При расчетах следует обратить внимание на размерность kчув и Pшум.
Сложнее обстоит дело при технологическом применении лазеров. В [1] показано, как по параметрам технологического процесса (скорость обработки, толщина и род обрабатываемой детали) найти Pmin или Wmin, используя уравнение баланса энергии для усредненных значений в условиях пренебрежения теплоотводом. Там же приведены теплофизические константы для ряда материалов; данные о ρ, его зависимости от температуры и других факторов; рассмотрены полуэмпирические методы расчета Pmin.
В некоторых случаях (так, например, при обработке металлов) нельзя пренебрегать теплоотводом. При этом зона обработки (ширина сварного шва, ширина разреза) неоднозначно связана с радиусом лазерного пучка, она определяется видом изотерм, характерных для того или иного фазового перехода. Картины температурного поля позволяют также найти натяжения в диэлектриках, при которых возможно их терморастрескивание и т.д.
|
Рис.2.3. Нагрев вещества излучением лазера |
Для нахождения картины температурного поля учтем, что в электронном приборостроении используются умеренные значения Is < 108 Вт·см-2. При этом можно считать, что газо- и гидродинамические и плазменные явления в обрабатываемой зоне не играют решающей роли. Тогда температурное поле T(x, y, z, t) (см. рис.2.3) может быть получено из дифференциального уравнения: |
(2.4)
где s2 и s - операторы Лапласа; v - скорость перемещения материала относительно вещества; λт и а - коэффициенты тепло- и температуропроводности; суд, ρуд - удельная теплоемкость, удельная масса. Объемная плотность выделяющейся когерентной мощности q(x, y, z, t) может быть найдена с учетом закона Бугера:
где kпог - показатель поглощения среды.
Уравнение (2.4), по сути дела, свидетельствует о законе сохранения энергии. Левая часть его дает мощность, выделяющуюся в образце, правая - тепло, накопленное в теле, за вычетом мощности, ушедшей из данной точки за счет теплоотвода и не "вошедшей" в тело из-за перемещения лазерного пучка. При v = 0 это уравнение описывает процесс в неподвижном образце (например, случай вскрытия отверстия). В зависимости от вида q(x, y, z, t) существует множество решений (2.4). При этих решениях возникает ряд проблем.
Первая из них связана с определением q. Так как в (2.4) учитывается только поглощенная мощность, то это значит, что в Is входит коэффициент поглощения вещества, который сильно зависит от многих факторов (вид поверхности, ее температура, поляризация излучения и т.д.). Кроме того, необходимо учитывать затраты мощности на фазовые переходы (если они возникают), которые сильно уменьшают Is. При этом действующая мощность лазера как бы уменьшается и может быть представлена в виде
Pд= Pmin - hdvρуд Li,
обозначения из [1]. Особо значительным становится данный вид отвода энергии при разрушении материала; наступает момент, когда рост Т замедляется и почти вся мощность расходуется на испарение. Такой режим называется квазистационарным испарением. Критическая Is, при которой наступает данный переход, будет
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.