01 Introduction: Welding thick-walled components is a critical step in the manufacturing of devices designed for extreme operating conditions, such as those used in controlled fusion. Conventional autogenous laser welding struggles to maintain the dynamic equilibrium of deep weld pools, while laser welding with wire feeding faces efficiency bottlenecks-such as unstable wire delivery and limited single-layer deposition height. To meet the urgent need for high-quality, high-efficiency thick-plate welding technology, this study proposes a pre-filled narrow-gap laser oscillation welding method. This technique replaces dynamic wire feeding with pre-filled strips, ingeniously combining the high efficiency of high-power (>weldio laser awtogenaidd 10 kW gyda manteision dyddodiad haenog o weldio llenwi bwlch cul. Mae'r astudiaeth yn ymchwilio i'r rhyngweithiadau thermoffisegol cymhleth rhwng y pwll weldio dwfn uwch (sy'n cyrraedd 15 mm mewn un pas) a'r waliau ochr cul, gan ddatgelu'r mecanweithiau y mae paramedrau osciliad laser yn eu defnyddio i reoleiddio llif y pwll weldio ac ymddygiad ymasiad wal ochr. Yn y pen draw, llwyddodd y dull hwn i gyflawni weldio rhydd o ddiffygion o blatiau dur di-staen 316LN 70 mm o drwch, gan wella effeithlonrwydd cynhyrchu yn sylweddol tra'n sicrhau ansawdd uchel.
Er mwyn goresgyn y cyfyngiadau ffisegol o arsylwi pwll weldio 15 mm o ddyfnder o fewn bwlch ultra-cul 2.5 mm, datblygodd y tîm ymchwil arferiad-blatfform archwilio gweledol ochr{4}} (gan ddefnyddio strwythur brechdanau gwydr GG17) (Ffig. 1) ac ymgorfforwyd technoleg gronynnau powdr twngsten{{}7 {Fig). Roedd hyn yn galluogi'r ymchwilwyr i olrhain yn glir ddeinameg hylif macrosgopig ac ymddygiad ymasiad dros dro yn y pwll weldio.
Mae micrograffau traws-adrannol yn dangos yn glir rôl hollbwysig osgled osgiliad (Ffig. 3). Heb osciliad neu gydag osgled bach (1.2 mm), ni ellir trosglwyddo gwres yn effeithiol yn ochrol, gan arwain at ddiffyg-o-gyfradd ddiffyg ymasiad (LOF) o hyd at 37.28%. Fodd bynnag, pan fydd yr amplitude oscillation wedi'i optimeiddio i 1.8 mm, mae'r ynni laser wedi'i ddosbarthu'n gyfartal i'r waliau ochr; mae'r adran groes weldio yn symud o siâp "hoelen-pen" i siâp "petryal" eang, ac mae cyfradd namau LOF yn gostwng i 0%.
Mewn weldio laser nad yw'n oscillaidd, mae'r pwll weldio nid yn unig yn gul ac yn destun oeri cyflym, ond mae'r twll clo mewnol hefyd yn bodoli mewn cyflwr ansefydlog iawn a nodweddir gan ehangu a chrebachu aml. Wedi'i ysgogi gan densiwn arwyneb (effaith Marangoni), mae'r metel tawdd yn dueddol iawn o lif anghymesur, rhagfarnllyd. Mae'r llif unochrog afreolus hwn yn y pen draw yn arwain at ymasiad da ar un ochr i'r weldiad, tra'n anochel yn achosi diffyg difrifol o ddiffygion ymasiad wal ochr ar yr ochr arall (Ffigur 4).
Mae paramedrau osciliad is yn arwain at fewnbwn gwres ochrol annigonol a llif pwll weldio anghymesur. Pan fydd y paramedrau wedi'u optimeiddio i osgled o 1.8 mm ac amledd o 40 Hz, mae parth gwresogi ochrol y laser yn ehangu'n effeithiol, gan achosi i geometreg y pwll weldio symud o "gul a dwfn" i "eang a bas" (mwy o led a llai o hyd). Er bod osciliad amledd uchel yn achosi rhywfaint o wasgaru, mae'r drefn hon yn gwella sefydlogrwydd cyffredinol y twll clo a'r pwll weldio yn sylweddol ac yn gwella gwlychu'r wal ochr, gan sicrhau yn y pen draw ymasiad effeithiol rhwng y wythïen weldio a'r waliau ochr (Ffig. 5).
Mae Ffigur 6 yn dangos yn glir rôl bendant osgled osgiliad wrth lywodraethu esblygiad deinamig morffoleg trawsdoriadol y pwll weldio trwy gydol cylch osciliad cyflawn. Ar osgled osgiliad isel, mae'r ynni laser dwys iawn yn cynhyrchu pwll weldio conigol cul; mae'r waliau ochr yn derbyn gwres yn bennaf trwy ddargludiad thermol cyfyngedig, gan arwain at ogwyddo anghymesur a diffyg-diffygion ymasiad. Wrth i'r osgled osgiliad gynyddu, mae gwres yn cronni'n ddeinamig ar y rhyngwyneb rhwng y plât sydd wedi'i osod ymlaen llaw a'r waliau ochr, gan achosi i waelod y pwll weldio ehangu i siâp U. O dan osgled osciliad mwy wedi'i optimeiddio, mae'r egni laser yn cael ei ailddosbarthu'n unffurf i'r cyfeiriad traws, gan wella gwlychu waliau ochr a dyfnder treiddiad yn sylweddol. Ymhellach, trwy gydol cylch osgiliad chwith cyflawn (o T0 i T0 + 16 ms), mae'r pwll weldio sy'n cael ei yrru gan effeithiau cyfunol arbelydru uniongyrchol a dargludiad thermol-yn goresgyn oedi thermol ac yn cronni gwres yn barhaus; mae'n ehangu bob yn ail i'r ddwy ochr mewn cydamseriad â symudiad y trawst, gan sefydlu morffoleg centrosometrig berffaith yn y pen draw.
Mae'r astudiaeth hon yn cynnig techneg weldio osciliad laser cul sydd wedi'i llenwi ymlaen llaw ac yn ei dilysu'n systematig. Mae'n dadansoddi'n gynhwysfawr y mecanweithiau y mae osciliad laser yn eu defnyddio i ail-lunio ymddygiadau thermodynamig a hylif mewnol y pwll tawdd dwfn uwch, gan arwain at y casgliadau allweddol a ganlyn: 1. Mae osciliad yn tarfu ar y dosbarthiad ynni brig sengl, dwys iawn sy'n nodweddiadol o ffynonellau gwres confensiynol, gan leihau'r dwysedd ynni brig yn sylweddol (o 10.7 ² J/mm). Mae'r homogeneiddio ac ailddosbarthu ynni hwn yn sylfaenol yn atal mewnbwn gwres gormodol yn y ganolfan weldio tra'n gwella'n sylweddol groniad gwres lleol ar ffiniau'r wal ochr. 2. Mae'r effaith droi fecanyddol ddwys a gynhyrchir gan y paramedrau osciliad (amlder: 40 Hz; osgled: 1.8 mm) yn llwyddo i oresgyn cyfyngiadau llif sy'n cael eu dominyddu gan densiwn arwyneb. Mae llif y pwll tawdd yn cael ei drawsnewid o gyflwr anghymesur afreolus, hynod dueddol, gan ogwyddo i ddull darfudol trefnus, cymesur, ac egnïol, gan gyflymu sgwrio rheiddiol a chludo metel hylif tymheredd uchel tuag at y ddwy wal ochr. 3. ar gyfer ffenestr ataliad diffiniedig {{1} 1 Llai na neu'n hafal i 2A/D Llai na neu'n hafal i 1.5 (lle mae A yw'r osgled osgiliad a D yw lled y bwlch)-wedi'i ddeillio a'i ddilysu'n drylwyr. Mae'r ffenestr hon yn rhoi cadernid eithriadol i'r broses weldio; o fewn yr ystod hon, gall y broses ddarparu ar gyfer gwyriadau a achosir gan ddirgryniad offer neu wallau cydosod yn effeithiol, gan sicrhau ymasiad 100% perffaith ar y waliau ochr.
