Вышедшие номера
Глубокое проплавление металлов концентрированными потоками энергии (обзор)
Сейдгазов Р.Д. 1, Мирзаде Ф.Х. 1, Гладуш Г.Г. 1,2
1Национальный 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.
  1. 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
  2. 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.]
  3. О.Б. Ковалев, В.М. Фомин. Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов (Физматлит, М., 2013), 255 с
  4. 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
  5. С.Г. Горный, В.А. Лопота, В.Д. Редозубов, И.Г. Рудой, А.М. Сорока, Ю.Т. Сухов. ЖТФ, 57 (12), 2390 (1987)
  6. 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).]
  7. М.С. Баранов, Б.А. Вершок, И.Н. Гейнрихс. ТВТ, 13 (3), 566 (1975)
  8. J.G. Andrews, D.R. Atthey. J. Phys. D: Appl. Phys., 9 (15), 2181 (1976)
  9. Н.А. Ольшанский, А.М. Гуткин, Г.И. Гиримаджи. Сварочное производство, 9, 12 (1974)
  10. А.А. Бондарев, Н.М. Воропай. Физика и химия обработки материалов, 2, 50 (1974)
  11. A.М. Веригин, А.А. Ерохин, В.Н. Шавырин, В.Ф. Резниченко. Физика и химия обработки материалов, 2, 145 (1980)
  12. В.Ф. Резниченко, А.М. Веригин. Сварочное производство, 6, 25 (1986)
  13. С.И. Анисимов, Я.А. Имас, Г.С. Романов, Ю.В. Ходыко. Действие излучения большой мощности на металлы (Наука, М., 1970), 272 с
  14. R. Fabbro, M. Hamadou, F. Coste. J. Laser Appl., 16 (1), (2004). https://doi.org/10.2351/1.1642633
  15. 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)
  16. 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
  17. J. Svenungsson, I. Choquet, A.F.H. Kaplan. Phys. Proced., 78, 182 (2015). https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.11.042
  18. 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
  19. Р.Д. Сейдгазов. Микроскопическая гидродинамика при плавлении материалов лазерным излучением (Препринт НИЦТЛ АН СССР, N35, 1987), 30 с
  20. 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]
  21. R.D. Seidgazov. J. Phys. D: Appl. Phys., 42 (17), 175501 (2009). http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/42/17/175501
  22. 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]
  23. 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]
  24. 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]
  25. 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]
  26. 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
  27. Р.Д. Сейдгазов, Ф.Х. Мирзаде. Тяжелое машиностроение, (11-12), 46 (2024)
  28. H. Ki, P.S. Mohanty, J. Mazumder. Metallurgical Mater. Transactions A, 33A, 1817 (2002)
  29. H. Ki, P.S. Mohanty, J. Mazumder. Metallurgical Mater. Transactions A, 33A, 1831 (2002)
  30. J.Y. Lee, S.H. Ko, D.F. Farson, C.D. Yoo. J. Phys. D: Appl. Phys., 35, 1570 (2002)
  31. 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)
  32. 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
  33. 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]
  34. 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
  35. 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
  36. S.A.H. Fawzi, R.N. Arif. Tr. J. Phys., 23, 959 (1999)
  37. 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]
  38. А. А. Веденов, Г.Г. Гладуш. Физические процессы при лазерной обработке материалов (Энергоатомиздат, М., 1985), 208 с
  39. 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
  40. J. Trapp, A.M. Rubenchik, G. Guss, M.J. Matthews. Appl. Mater. Today, 9, 341 (2017)
  41. R. Fabbro. Appl. Sci., 10, 1487 (2020). http://dx.doi.org/10.3390/app10041487
  42. C. Banas. Opt. Eng., 17 (3), 210 (1978)
  43. 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
  44. 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]
  45. 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]
  46. 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).]
  47. 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]
  48. 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).]
  49. 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]
  50. I. Eriksson, J. Powell, A.F.H. Kaplan. Sci. Technol. Welding Joining, 16 (7), 636 (2011). http://dx.doi.org/10.1179/1362171811Y.0000000050
  51. T. DebRoy, S. Basu, K. Mundra. J. Appl. Phys., 70 (3), 1313 (1991)
  52. M. Eissen, D.M. Keicher. Proc. of Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE), 2993 (2), 2 (1997)
  53. F. Tenner, C. Brock F.-J. Gurtler, F. Klampf, M. Schmidt. Phys. Proced. 8th International Conference on Photonic Technologies LANE 2014, 56, 1268 (2014)
  54. P.A.A. Khan, T. Debroy, S.A. David. Welding J., 67 (1), 1s (1988)
  55. Y. Kawahito, N. Matsumoto, Y. Abe, S. Katayama. Welding International, 27 (2), 129 (2013). http://dx.doi.org/10.1080/09507116.2011.606151
  56. W. Gatzweller, D. Maischner, F.J. Faber, C. Derichs, E. Beyer. Proc. SPIE, 1132, 157 (1989)
  57. I. Myamoto, H. Maruo, Y. Arata. International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics (ICALEO) 44, 68 (1984)
  58. А.Н. Грезев. Сварочное производство, 6, 13 (2005)
  59. M. Ono, Y. Shimbo, M. Ohnura et al. NKK Tech. Rev., 77, 48 (1997)
  60. 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)]
  61. М. Трибельский. Квантовая электроника, 5 (4), 804 (1978). [Sov. J. Quant. Electron., 8 (4), 462 (1978). https://doi.org/10.1070/QE1978v008n04ABEH010055]
  62. 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
  63. 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
  64. 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
  65. 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
  66. 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
  67. 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
  68. H.N. Brahsch, D.C. Weckman, H.W. Kerr. Welding J., 6, 141s (1994)
  69. 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
  70. E. Assuncao, S. Williams, D. Yapp. Optics Lasers Eng., 50, 823 (2012). http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2012.02.001
  71. 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
  72. S. Engler, R. Ramsayer, R. Poprawe. Phys. Proced., 12, 339 (2011). http://dx.doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.142
  73. M. Miyagi, X. Zhang. J. Laser Applications, 27 (4), 042005 (2015). http://dx.doi.org/10.2351/1.4927609
  74. E. Biro, D.C. Weckman, Y. Zhou. Metallurgical Mater. Transactions A, 33A, 2019 (2002)
  75. 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
  76. В.Н. Гаращук, О.А. Величко, В.Б. Давыдова. Автоматическая сварка, 5, 31 (1971)
  77. 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
  78. E. Soylemez. Solid Freeform Fabrication 2018: Proc. of the 29th Annual Int. Solid Freeform Fabrication Symposium --- An Additive Manufacturing Conference, 1721 (2018)
  79. 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
  80. 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
  81. 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
  82. 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
  83. D.C. Weckman, H.W. Kerr, J.T. Liu. Metallurgical Mater. Transactions B, 28B, 687 (1997)
  84. 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
  85. 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
  86. 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
  87. 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
  88. H. Gong, K. Rafi, H. Gu, T. Starr, B. Stucker. Additive Manufacturing, (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2014.08.002
  89. 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
  90. M. Tang, P.C. Pistorius, J.L. Beuth. Additive Manufacturing, 14, 39 (2017). http://dx.doi.org/10.1016/j.addma.2016.12.001