Поступило в Редакцию 23 июля 2018 г. В окончательной редакции 23 июля 2018 г. Принято к публикации 15 апреля 2019 г.Представлен анализ влияния процесса теплопереноса в металлах на параметры термоупругого и термоэлектрического отклика металлов на импульсное лазерное воздействие. Показано, что двухстадийный анализ динамической задачи термоупругости и термоэлектрического эффекта позволяет получить адекватное описание результатов экспериментов. Представленные результаты продемонстрировали значительную зависимость параметров отклика от микроструктуры, что указывает на возможность разработки высокоэффективного метода неразрушающего контроля качества металлов.Ключевые слова: термоупругость, термоэлектричество, лазерное воздействие, неразрушающий контроль.
ВведениеК настоящему времени имеется большое число работ, посвященных разработке обобщенных моделей процесса теплопереноса в металлах, учитывающих различие электронной и ионной температур и инерцию теплообмена между ними [1-3]. Также представлено достаточно большое количество работ, посвященных описанию термоупругого эффекта с учетом таких моделей [4,5]. Имеется большой объем исследований, направленных на изучение термоЭДС в металлах, в частности, для возможности использования этого явления для диагностики их структуры [6,7].Однако внимания проблеме взаимосвязанности двух эффектов, обусловленной процессом теплопереноса, практически не уделялось. При этом влияние микроструктуры на теплопроводность и электропроводность металлов, как известно, весьма существенно [8,9] и по всей видимости должно сказываться на параметрах и термоупругого, и термоэлектрического отклика металлов на импульсное лазерное воздействие.В работах [10-12] было показано принципиальное различие параметров импульсов термонапряжений, возбуждаемых в металлах и диэлектриках при импульсном лазерном воздействии. Существенные различия появляются после окончания действия импульса лазера и обусловлены тем, что в диэлектриках наведенный излучением тепловой источник практически локализован в области поглощения излучения, тогда как в металлах достаточно эффективный процесс теплопереноса опре-деляет дальнейшее формирование термонапряжений в среде.Типичные формы импульсов термонапряжений в диэлектрике (цветное стекло СЗС-22) и металле (алюминиевый сплав Д16) представлены на рис. 1. Видно, что основные различия наблюдаются в металлах на стадии процесса теплопереноса, формирующим фазу растяжения после окончания импульса лазера. Этот эффект определяется отличием механизмов теплопере-0 2 4 6 0 0.2 0.4 0.6 U, V Time, 10 s -7 0 2 4 10 6 8 V t V ( )/ -
Laser pulseРис. 1. Лазерный импульс и типичные формы импульсов термонапряжений в диэлектрике (цветное стекло СЗС-22 -сплошная кривая), в металле (алюминиевый сплав Д16 -штриховая кривая) и расчет с учетом (2) -пунктирная кривая.1847
