מחקר על טכנולוגיית התכה של ריתוך בלייזר

ראוי להשתמש במודל מקור חום משולב המורכב ממקור חום גוף גאוסי מסתובב ומקור חום גוף אליפסואידי כפול כדי לדמות היווצרות של חורים קטנים בריתוך בלייזר בהמסה עמוקה של סגסוגות טיטניום וכן את שדה מהירות הזרימה של הבריכה המותכת המרותכת. מודל מקור חום הגוף יכול לשקף את התהליך הפיזי הבסיסי של תהליך הריתוך בלייזר בהמסה עמוקה, ומשקף גם את מאפייני הסימולציה של שיטת נפח הבקרה.
בתהליך הריתוך בלייזר חודר במלואו, קוטר החור הקטן אינו רגיש במיוחד לעוצמת הלייזר, בעוד שזווית ההטיה של החור הקטן משתנה באופן משמעותי מאוד עם עליית מהירות ריתוך הלייזר. בתנאי של לחץ זרימת אוויר קבוע בחור הקטן, ללחץ מתח פני השטח הנגרם על ידי עקמומיות המשטח החופשי של החור הקטן יש קשר נהדר עם מהירות הריתוך. עם העלייה במהירות הריתוך, יציבות החור הקטן מופחתת בהדרגה.
לייזר התכה עמוקה בריכת ריתוך מותך של קצב הזרימה של המשטח העליון עבור המקסימום, כוח Marangoni על פני השטח של הבריכה המותכת של העברת חום הסעה ממלא תפקיד דומיננטי. תחת פעולת מקור החום הנע, זרימת מרנגוני מהצורה הסימטרית סביב מרכז חימום הלייזר התפתחה לצורת ראשן של כיוון הציר הארוך של בריכת ההיתוך במקביל לכיוון הריתוך. במשטח בריכת ההיתוך לבריכת ההיתוך רוחב 1/2 כרדיוס מהירות ה"מעגל הווירטואלי, קצב זרימת בריכת ההיתוך גדול יותר, במעגל 'וירטואלי' זה, קצב זרימת הנוזל של בריכת ההיתוך יורד בהדרגה. בתוך בריכת ריתוך, קצב זרימת הנוזל נמוך משמעותית משטח הבריכה, אך גדול בהרבה מערך מהירות הריתוך ערך מהירות זרימת הנוזל בחלק האחורי של בריכת ההיתוך מאשר ערך מהירות הזרימה של המתכת בתוך בריכת ההיתוך.
הצורה והגודל של בריכת הריתוך תואמים היטב את הגודל והמיקום של מערבולת מהירות הזרימה של בריכת ההיתוך. מערבולת בריכת נמס היא זרימת מרנגוני וממשק מוצק-נוזל של הרתיעה של הפעולה המשותפת של התוצאות, הציפה והכבידה רק משחקים תפקיד תומך. קיומה של מערבולת זרימת נוזל הבריכה המותכת, שיפר מאוד את העברת החום ההסעה בין נוזל המתכת בטמפרטורה גבוהה לנוזל קר, אשר משפיע ישירות על גודל הצורה של בריכת הריתוך.
הפרמטרים של זרימת אוויר עזר נושבת צד ריתוך נמס עמוק בלייזר הם אחד הגורמים העיקריים לקביעת גודל האזור המוגן של בריכת הריתוך ולהפחתת זרימת עשן הפלזמה מהתפרצות החור הקטן. הגדלת מהירות הזרימה ליד זרם עשן הפלזמה תורמת לפיזור חום הסעה, אשר בתורו מגדיל את ההסתברות לתרכובת בין יוני פלזמה חיוביים ושליליים, ובכך מקלה על שיפור איכות הריתוך. יש הבדל גדול בין שדה זרימת הרכיבים שבו זרם הגז המסייע הוא הליום לבין שדה הזרימה שבו זרם הגז העזר הוא קסנון. מנקודת המבט של גודל השטח המוגן, ההגנה על הגז עדיפה על זו של הגז.