Глубокое проплавление металлов концентрированными потоками энергии (обзор)
Сейдгазов Р.Д.
1, Мирзаде Ф.Х.
1, Гладуш Г.Г.
1,21Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт", Москва, Россия
2Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований Государственной корпорации «Росатом», Троицк, Москва, Россия

Email: seidgazov@mail.ru, fmirzade@rambler.ru
Поступила в редакцию: 1 июля 2025 г.
В окончательной редакции: 29 сентября 2025 г.
Принята к печати: 1 ноября 2025 г.
Выставление онлайн: 17 февраля 2026 г.
Обсуждено современное состояние фундаментальных исследований явления глубокого проплавления, возникающего под действием мощных источников энергии, таких как лазерное излучение и пучки высокоэнергетических частиц. Явление обнаружено, когда плотность мощности этих источников превышает определенный пороговый уровень, а форма расплавленной зоны меняется с мелкой и полукруглой на более глубокую и вытянутую, благодаря образованию полого канала, по которому луч проникает вглубь металла. Основное внимание уделено результатам исследований гидродинамических аспектов формирования канала проплавления и его динамического поведения в технологических процессах. Различные капиллярные эффекты, включая термокапиллярноcть и электрокапиллярность, могут определять гидродинамику технологических процессов в различных условиях и на различных стадиях. Результаты фундаментальных исследований согласованы с экспериментальными данными в диапазоне технологических мощностей, показывая несостоятельность широко распространенного в инженерном сообществе предположения об образовании канала проплавления вследствие интенсивного испарения и удаления расплава высоким давлением отдачи струи паров. Ключевые слова: лазер, термокапиллярность, металл, расплав, технологии, канал проплавления, поры.
- В.Я. Панченко, В.С. Голубев, В.В. Васильцов, М.Г. Галушкин, А.Н. Грезев, В.Д. Дубров, А.Н. Евсеев, А.Н. Жаринов, Ю.Н. Завалов, А.Ю. Ивочкин, С.В. Камаев, А.А. Карабутов, Е.В. Коцюба, В.С. Майоров, С.В. Майоров, М.А. Марков, Ф.Х. Мирзаде, В.Г. Низьев, А.Н. Никитин, М.М. Новиков, Е.В. Саватеева, В.С. Соломатин, М.Ю. Стернин, В.П. Якунин, А.Г. Каптильный. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок. Под ред. В.Я. Панченко (Физматлиз, М., 2009), с. 664
- Г.Г. Гладуш, И.Ю. Смуров. Физические основы лазерной обработки материалов (Физматлит, М., 2017), 592 с. [G.G. Gladush, I. Smurov. Physics of Laser Materials Processing: Theory and Experiment (Springer-Verlag, Berlin, 2011), 534 p.]
- О.Б. Ковалев, В.М. Фомин. Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов (Физматлит, М., 2013), 255 с
- J.L. Zou, Y. He, S.K. Wu, T. Huang, R.S. Xiao. Appl. Surf. Sci., 357, 1522 (2015). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.09.198
- С.Г. Горный, В.А. Лопота, В.Д. Редозубов, И.Г. Рудой, А.М. Сорока, Ю.Т. Сухов. ЖТФ, 57 (12), 2390 (1987)
- В.А. Батанов, В.Б. Федоров. Письма в ЖЭТФ, 17 (7), 348 (1973). http://jetpletters.ru/ps/850/article_13019.pdf [V.A. Batanov, V.B. Fedorov. ZhETF Pis. Red. 17 (7), 348 (1973).]
- М.С. Баранов, Б.А. Вершок, И.Н. Гейнрихс. ТВТ, 13 (3), 566 (1975)
- J.G. Andrews, D.R. Atthey. J. Phys. D: Appl. Phys., 9 (15), 2181 (1976)
- Н.А. Ольшанский, А.М. Гуткин, Г.И. Гиримаджи. Сварочное производство, 9, 12 (1974)
- А.А. Бондарев, Н.М. Воропай. Физика и химия обработки материалов, 2, 50 (1974)
- A.М. Веригин, А.А. Ерохин, В.Н. Шавырин, В.Ф. Резниченко. Физика и химия обработки материалов, 2, 145 (1980)
- В.Ф. Резниченко, А.М. Веригин. Сварочное производство, 6, 25 (1986)
- С.И. Анисимов, Я.А. Имас, Г.С. Романов, Ю.В. Ходыко. Действие излучения большой мощности на металлы (Наука, М., 1970), 272 с
- R. Fabbro, M. Hamadou, F. Coste. J. Laser Appl., 16 (1), (2004). https://doi.org/10.2351/1.1642633
- R.D. Seidgazov. Laser Technologies in Welding and Material Processing. Proceedings of the Forth International Conference (26-29 May, 2009, E.O. Paton Electric Welding Institute)
- R.D. Seidgazov. IEEE 8th Int. Conf. on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL), (Sozopol, Bulgaria, 2009), 216 (2019). https://doi.org/10.1109/CAOL46282.2019.9019431
- J. Svenungsson, I. Choquet, A.F.H. Kaplan. Phys. Proced., 78, 182 (2015). https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.11.042
- M. Courtois, M. Carin, Ph. Le Masson, S. Gaied, M. Balabane. J. Phys. D: Appl. Phys., 49, 155503 (2016). https://doi.org/10.1088/0022-3727/49/15/155503
- Р.Д. Сейдгазов. Микроскопическая гидродинамика при плавлении материалов лазерным излучением (Препринт НИЦТЛ АН СССР, N35, 1987), 30 с
- Р.Д. Сейдгазов, Ю.М. Сенаторов. Квантовая электроника, 15 (3), 622 (1988). [R.D. Seidgazov, Yu.M. Senatorov, Sov. J. Quant. Electron., 18 (3), 396 (1988). https://doi.org/10.1070/QE1988v018n03ABEH011530]
- R.D. Seidgazov. J. Phys. D: Appl. Phys., 42 (17), 175501 (2009). http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/42/17/175501
- Р.Д. Сейдгазов. Математическое моделирование, 22 (8), 67 (2010). [R.D. Seidgazov. Mathematical Models and Computer Simulations, 3 (2), 234 (2011). http://dx.doi.org/10.1134/S2070048211020098]
- Р.Д. Сейдгазов, Ф.Х. Мирзаде. Письма в ЖТФ, 48 (18), 24 (2022). http://dx.doi.org/10.21883/PJTF.2022.18.53394.19283 [R.D. Seidgazov, F.Kh. Mirzade, Technical Physics Letters, 2022, Vol. 48, No. 9. DOI: 10.21883/TPL.2022.09.55085.19283]
- Р.Д. Сейдгазов, Ф.Х. Мирзаде. Сварочное производство, 5, 20 (2021). [R.D. Seydgazov, F.Kh. Mirzade. Welding International, 35 (7-9), 359 (2021). http://dx.doi.org/10.1080/09507116.2021.1979829]
- Р.Д. Сейдгазов, Ф.Х. Мирзаде. Письма в ЖТФ, 49 (12), 31 (2023). http://dx.doi.org/10.21883/PJTF.2023.12.55571.19553 [R.D. Seidgazov, F.Kh. Mirzade, Technical Physics Letters, 2023, Vol. 49, No. 6. DOI: 10.61011/TPL.2023.06.56384.19553]
- R.D. Seidgazov, F.Kh. Mirzade. Chinese J. Mechan. Engineering: Additive Manufacturing Frontiers, 1 (3), (2022). http://dx.doi.org/10.1016/j.cjmeam.2022.100044
- Р.Д. Сейдгазов, Ф.Х. Мирзаде. Тяжелое машиностроение, (11-12), 46 (2024)
- H. Ki, P.S. Mohanty, J. Mazumder. Metallurgical Mater. Transactions A, 33A, 1817 (2002)
- H. Ki, P.S. Mohanty, J. Mazumder. Metallurgical Mater. Transactions A, 33A, 1831 (2002)
- J.Y. Lee, S.H. Ko, D.F. Farson, C.D. Yoo. J. Phys. D: Appl. Phys., 35, 1570 (2002)
- N. Kouraytem, X. Li, R. Cunningham, C. Zhao, N. Parab, T. Sun, A.D. Rollett, D. Ashley. Spear, and Wenda Tan. Phys. Rev. Appl., 11, 064054 (2019)
- S. Ly, G. Guss, A.M. Rubenchik, W.J. Keller, N. Shen, R.A. Negres, J. Bude. Scientific Reports, 9, 8152 (2019). http://dx.doi.org/10.1038/s41598-019-44577-6
- Р.Д. Сейдгазов, Ф.Х. Мирзаде. Математическое моделирование, 36 (5), 41 (2024). DOI: https://doi.org/10.20948/mm-2024-05-04 [R.D. Seidgazov, F.Kh. Mirzade. Mathematical Models and Computer Simulations, 17 (1), 25 (2025). http://dx.doi.org/10.1134/S2070048224700698]
- И.В. Кривцун, В.Ю. Хаскин, В.Н. Коржик, Е.В. Илляшенко, Ч. Донг, З. Ло. Medical Sciences/"Colloquium-Journal", 18 (42), (2019). http://dx.doi.org/10.24411/2520-6990-2019-10596
- P.J. DePond, J.C. Fuller, S.A. Khairallah, J.R. Angus, G. Guss, M.J. Matthews, A.A. Martin. Communications Mater., 1 (92), (2020). http://dx.doi.org/10.1038/s43246-020-00094-y
- S.A.H. Fawzi, R.N. Arif. Tr. J. Phys., 23, 959 (1999)
- Р.Д. Сейдгазов, Ф.Х. Мирзаде. Письма в ЖТФ, 51 (25), 3 (2025). http://dx.doi.org/10.61011/PJTF.2025.12.60604.20184 [R.D. Seidgazov, F.Kh. Mirzade, Technical Physics Letters, 2025, 49 (6) 61 DOI: http://dx.doi.org/10.61011/TPL.2025.06.61293.20184]
- А. А. Веденов, Г.Г. Гладуш. Физические процессы при лазерной обработке материалов (Энергоатомиздат, М., 1985), 208 с
- K. Hirano, R. Fabbro, M. Muller. J. Phys. D: Appl. Phys., 44 (43), 435402 (2011). http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/44/43/435402
- J. Trapp, A.M. Rubenchik, G. Guss, M.J. Matthews. Appl. Mater. Today, 9, 341 (2017)
- R. Fabbro. Appl. Sci., 10, 1487 (2020). http://dx.doi.org/10.3390/app10041487
- C. Banas. Opt. Eng., 17 (3), 210 (1978)
- R. Cunningham, C. Zhao, N. Parab, C. Kantzos, J. Pauza, K. Fezzaa, T. Sun, A.D. Rollett. Science 363, 849 (2019). http://dx.doi.org/10.1126/science.aav4687
- Ф.В. Бункин, М.И. Трибельский. УФН, 130 (2), 193 (1980). http://dx.doi.org/10.3367/UFNr.0130.198002a.0193 [F.V Bunkin, M.I. Tribel'skivi. Phys. --- Uspekhi, 23 (2), 105 (1980). https://doi.org/10.1070/PU1980v023n02ABEH004904]
- Р.Д. Сейдгазов, ФХ. Мирзаде. Письма в ЖТФ, 47 (21), 16 (2021). DOI: 10.21883/PJTF.2021.21.51622.18838 [R.D. Seidgazov, F.Kh. Mirzade. Tech. Phys. Lett., 14, 12 (2022). http://dx.doi.org/10.21883/TPL.2022.14.52104.18838]
- Е.Б. Левченко, А.Л. Черняков. ЖЭТФ, 81, (I (7)), 204 (1981). [E.B. Levchenko, A.L. Chernyakov. Sov. Phys. JETP, 54 (1), 102 (1981).]
- В.И. Леденев, Ф.Х. Мирзаде. Квантовая электроника, 20, 1185 (1993). [V.I. Ledenev, F.Kh. Mirzаде. Quant. Electron., 23 (12), 1030 (1993). http://dx.doi.org/10.1070/QE1993v023n12ABEH003278]
- Ф.Х. Мирзаде, В.Я. Панченко, Л.А. Шелепин. УФН, 166 (1), 3 (1996). [F.Kh. Mirzаде, V.Ya. Panchenko, L.A. Shelepin Phys. Usp., 39 (1), 1 (1996).]
- С.В. Каюков. Квантовая электроника, 30 (11), 941 (2000). [S.V. Kayukov. Quant. Electron., 30 (11), 941 (2000). http://dx.doi.org/10.1070/QE2000v030n11ABEH001825]
- I. Eriksson, J. Powell, A.F.H. Kaplan. Sci. Technol. Welding Joining, 16 (7), 636 (2011). http://dx.doi.org/10.1179/1362171811Y.0000000050
- T. DebRoy, S. Basu, K. Mundra. J. Appl. Phys., 70 (3), 1313 (1991)
- M. Eissen, D.M. Keicher. Proc. of Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE), 2993 (2), 2 (1997)
- F. Tenner, C. Brock F.-J. Gurtler, F. Klampf, M. Schmidt. Phys. Proced. 8th International Conference on Photonic Technologies LANE 2014, 56, 1268 (2014)
- P.A.A. Khan, T. Debroy, S.A. David. Welding J., 67 (1), 1s (1988)
- Y. Kawahito, N. Matsumoto, Y. Abe, S. Katayama. Welding International, 27 (2), 129 (2013). http://dx.doi.org/10.1080/09507116.2011.606151
- W. Gatzweller, D. Maischner, F.J. Faber, C. Derichs, E. Beyer. Proc. SPIE, 1132, 157 (1989)
- I. Myamoto, H. Maruo, Y. Arata. International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics (ICALEO) 44, 68 (1984)
- А.Н. Грезев. Сварочное производство, 6, 13 (2005)
- M. Ono, Y. Shimbo, M. Ohnura et al. NKK Tech. Rev., 77, 48 (1997)
- C. Катаяма. в сб. Справочник по лазерной сварке, под ред. С. Катаяма (Техносфера, М., 2015), 704 с. [S. Katayama. in Handbook of Laser Welding Technologies (еd. by S. Katayama) Elsevier Ltd, Oxford, UK, 2013), (http://dx.doi.org/10.1533/9780857098771.2.332)]
- М. Трибельский. Квантовая электроника, 5 (4), 804 (1978). [Sov. J. Quant. Electron., 8 (4), 462 (1978). https://doi.org/10.1070/QE1978v008n04ABEH010055]
- А. Russ, М. Leimser, F. Dausinger. Proc. of Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE), 5662, (2004). http://dx.doi.org/10.1117/12.596352
- T. Graf, P. Berger, R. Weber, H. Hugel, A. Heider, P. Stritt. Laser Phys. Lett., 12, 056002 (2015). http://dx.doi.org/10.1088/1612-2011/12/5/056002
- D.B. Hann, J. Iammi, J. Folkes. Proceedings of the 36th International MATADOR Conference, 275 (2010). http://dx.doi.org/10.1007/978-1-84996-432-6_63
- W.E. King, H.D. Barth, V.M. Castillo, G.F. Gallegos, J.W. Gibbs, D.E. Hahn, C. Kamath, A.M. Rubenchik. J. Mater. Processing Technol., 214, 2915 (2014). http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2014.06.005
- N.P. Calta, A.A. Martin, J.A. Hammons, M.H. Nielsen, T.T. Roehling, K. Fezzaa, M.J. Matthews, J.R. Jeffries, T.M. Willey, J.R.I. Lee. Additive Manufacturing, 32, 101084 (2020). http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2020.101084
- P.J. DePond, J.C. Fuller, S.A. Khairallah, J.R. Angus, G.Guss, M.J. Matthews, A.A. Martin. Commun. Мater., 1 (92), (2020). http://dx.doi.org/10.1038/s43246-020-00094-y
- H.N. Brahsch, D.C. Weckman, H.W. Kerr. Welding J., 6, 141s (1994)
- S. Zhao, L. Yang, Y. Huang, D. Zhao, S. Xu. Intern. J. Advanced Manufacturing Technol., 104, 893 (2019). http://dx.doi.org/10.1007/s00170-019-03916-7
- E. Assuncao, S. Williams, D. Yapp. Optics Lasers Eng., 50, 823 (2012). http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2012.02.001
- S.D. Jadhav, L.R. Goossens, Y. Kinds, B. Van Hooreweder, K. Vanmeensel. Additive Manufacturing, 42, 101990 (2021). http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2021.101990
- S. Engler, R. Ramsayer, R. Poprawe. Phys. Proced., 12, 339 (2011). http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.142
- M. Miyagi, X. Zhang. J. Laser Applications, 27 (4), 042005 (2015). http://dx.doi.org/10.2351/1.4927609
- E. Biro, D.C. Weckman, Y. Zhou. Metallurgical Mater. Transactions A, 33A, 2019 (2002)
- P.D. Bono, I. Metsios, J. Blackburn, P. Hilton, 32-nd International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics (ICALEO-2013), http://dx.doi.org/10.2351/1.5062925
- В.Н. Гаращук, О.А. Величко, В.Б. Давыдова. Автоматическая сварка, 5, 31 (1971)
- A.A. Martin, N.P. Calta, S.A. Khairallah, J. Wang, P.J. Depond, A.Y. Fong, V. Thampy, G.M. Guss, A.M. Kiss, K.H. Stone, C.J. Tassone, J.N. Weker, M.F. Toney, T. van Buuren, M.J. Matthews. Nature Commun., 10, 1987 (2019). http://dx.doi.org/0.1038/s41467-019-10009-2
- E. Soylemez. Solid Freeform Fabrication 2018: Proc. of the 29th Annual Int. Solid Freeform Fabrication Symposium --- An Additive Manufacturing Conference, 1721 (2018)
- E. Akman, A. Demir, T. Canel, T. Si nmazceelik. J. Мater. Рrocessing Тechn., 209, 3705 (2009). http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.08.026
- Q. Guo, C. Zhao, M. Qu, L. Xiong, L.I. Escano, S.M.H. Hojjatzadeh, N.D. Parab, K. Fezzaa, W. Everhart, T. Sun, L. Chen. Additive Manufacturing, 28, 600 (2019). http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2019.04.021
- H. Hugel, A. Rub, J. Weberpals, F. Dausinger. Proc. of Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE), 5958, 595807 (2005). http://dx.doi.org/10.1117/12.621616
- P. Stritt, R. Weber, T. Graf, S. Muller, C. Ebert. Phys. Procedia, 12, 224 (2011). http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.029
- D.C. Weckman, H.W. Kerr, J.T. Liu. Metallurgical Mater. Transactions B, 28B, 687 (1997)
- P. De Bono, I. Metsios, J. Blackburn, P. Hilton, International Congress on Applications of Lasers \& Electro-Optics (ICALEO-2013), http://dx.doi.org/10.2351/1.5062925
- Y.A. Mayi, M. Dal, P. Peyre, M. Bellet, C. Metton, C. Moriconi, R. Fabbro. J. Phys. D: Appl. Phys., 53, 075306 (2020). http://dx.doi.org/10.1088/1361-6463/ab5900
- K.Q. Le, C. Tang, C.H. Wong. Intern. J. Thermal Sci., 145, 105992 (2019). http://dx.doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2019.105992
- P. Ninpetch, P. Kowitwarangkul, S. Mahathanabodee, P. Chalermkarnnon, P. Rattanadecho. Case Studies Thermal Eng., 24, 100860 (2021). http://dx.doi.org/10.1016/j.csite.2021.100860
- H. Gong, K. Rafi, H. Gu, T. Starr, B. Stucker. Additive Manufacturing, (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2014.08.002
- С. Taute, H. Muller, A. du Plessis, M. Tshibalanganda, M. Leary. J. Southern African Institute Mining Metallurgy, 121 (4), 143 (2021). http://dx.doi.org/10.17159/2411- 9717/1331/2021
- M. Tang, P.C. Pistorius, J.L. Beuth. Additive Manufacturing, 14, 39 (2017). http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2016.12.001