Критические интенсивности лазерного излучения для ряда металлов

Обрабаты-ваемый материал	Длитель-ность импульса	Характеристики материала	Критические интенсивности излучения,
Температура плавления	Температура кипения
Алюминий	10-3			4,1×104	1,5×105	8,3×105
10-8	1,3×107	4,8×107	2,6×108
Медь	10-3			1,1×105	2,7×105	1,4×106
10-8	3,6×107	8,6×107	4,5×108
Титан	10-3			3,0×104	5,8×104	3,4×105
10-8	9,4×106	1,8×107	1,1×108
Хром	10-3			7,6×104	1,1×105	8,0×105
10-8	2,4×107	3,4×107	2,5×108

В процессе лазерного облучения (во время кратковременной импульсной обработки или быстрого сканирования непрерывно генерируемого лазерного луча относительно образца) в поверхностном слое возникает значительный градиент температур. Вследствие высокой теплопроводности тепловой поток с очень большой скоростью перемещается вглубь материала и создает сильные термические и структурные напряжения. Последние связаны с объемными изменениями при образовании различных фаз в процессе быстрого нагрева и охлаждения. Часть этих напряжений релаксирует, а часть фиксируется в виде очагов микропластической деформации с повышенной концентрацией дислокаций.

Сверхбыстрые скорости охлаждения и большие градиенты температур у облучаемой поверхности приводят к возникновению в зоне лазерного воздействия значительных напряжений 1-го рода. Предельно малое (менее 1 мс) время пребывания металла в зоне высоких температур и полное отсутствие разогрева основной массы материала чрезвычайно затрудняют релаксацию напряжений, возникающих в процессе лазерной обработки. В результате этого в поверхностном слое фиксируются значительные остаточные напряжения. Отрицательное действие остаточных (особенно растягивающих) напряжений заключается в том, что они могут явиться причиной образования трещин в металле.

В зависимости от природы металла или сплава в нем возникают два вида напряжений. Термические напряжения в зоне лазерного воздействия имеют место при отсутствии в металле при нагреве и охлаждении полиморфных или фазовых превращений. В металлах и сплавах, претерпевающих с изменением температуры полиморфные или фазовые превращения, при которых изменяется объем структурных составляющих, наряду с термическими присутствуют и структурные напряжения. Такими материалами являются стали, в которых –превращения сопровождаются значительным изменением объема. В углеродистых сталях знаки структурных и термических напряжений противоположны. В каждом конкретном случае знак и величина остаточных напряжений зависит от режима облучения, марки стали, степени пересыщения углеродом мартенсита, образующегося при –переходе.