(2.1.4)
的形式。上式中: 表示金属板上表面中心o点的温度, 表示热渗透温度。上式满足热传导方程(2.1.1)和边界条件(2.1.2),将其带入,当r=0且z=0时有:
(2.1.5)
(2.1.6)
式中: 为热扩散系数且有 。然后将(2.1.6)式带入(2.1.5)式,再解这个微分方程,就能得到温度 的解析表达式:
(2.1.7)
由初始条件可得:
(2.1.8)
则由(2.1.6)-(2.1.8)得到热渗透深度为:
(2.1.9)
此外,根据式(2.1.3)和(2.1.7)还可以得出厚金属板中心点处开始熔融的时间为:
(2.1.10)
对应的熔融阈值为
, (2.1.11)
2.2 熔融阶段
材料中心点处的温度达到了熔点Tm,则开始进入熔融阶段,此时刻为 。我们分三部分来计算熔融阶段的温度,熔融潜热会使中心点温升出现延迟现象,首先我们要将这一过程考虑在内,然后再将材料分为固态和液态两种情况,再对这两种情况分别求解。
首先温升是需要吸收能量的,此外,金属由固态转变为液态的过程中还需要吸收一部分能量,这部分能量称为熔融潜热Lv,如果金属材料以固定不变的速度来吸收入射激光的能量( ),那么中心点的温升过程中就会出现延迟的现象。为了将这个过程表示出来,我们假设中心点温度一直保持为某一温度,设为Tm,当中心点吸收了足够的能量使其温度上升到 之后,中心点温度才开始上升,故而中心点温度再次上升的时刻为
, (2.2.1)
。
2.3 打孔速度
在一文情况下,液态喷溅的热传导方程可由下式表示[20]:
(2.3.1)
边界条件为:
其中,T表示温度, 表示激光的光强,k表示热传导系数, 表示打孔速度,δ为材料的吸收系数。 是焓,C为材料的比热容, 表示材料的密度,Lm(J/m3)表示融化潜热,符号 表示当T大于材料的熔融温度时,其值为1,否则为0。μ表示气化速度
(2.3.4)
其中, Ts为材料表面温度, 为气化系数, M=4.3425×10-23 g/molecule铝的原子质量,kB=1.38×10-23 J/K为波尔兹曼常数, 表示当温度为Ts时的平衡蒸汽压强,可以用下式来表示: 毫秒激光打孔过程中熔融喷溅物的温度分析(4):http://www.youerw.com/wuli/lunwen_10528.html