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 (>10 kW) αυτογενής συγκόλληση με λέιζερ με τα πλεονεκτήματα της πολυεπίπεδης εναπόθεσης της συγκόλλησης στενού-γεμίσματος διακένου. Η μελέτη διερευνά τις πολύπλοκες θερμοφυσικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ της πισίνας εξαιρετικά-συγκόλλησης (που φτάνει τα 15 mm με ένα μόνο πέρασμα) και των στενών-πλευρικών τοιχωμάτων, αποκαλύπτοντας τους μηχανισμούς με τους οποίους οι παράμετροι ταλάντωσης λέιζερ ρυθμίζουν τη ροή της πισίνας συγκόλλησης και τη συμπεριφορά σύντηξης στο πλευρικό τοίχωμα. Τελικά, αυτή η μέθοδος πέτυχε επιτυχώς ελαττωματική-ελεύθερη συγκόλληση πλακών από ανοξείδωτο χάλυβα πάχους 70 mm 316LN, ενισχύοντας σημαντικά την απόδοση της παραγωγής, διασφαλίζοντας παράλληλα υψηλή ποιότητα.
Για να ξεπεραστούν οι φυσικοί περιορισμοί της παρατήρησης μιας δεξαμενής συγκόλλησης βάθους 15 mm μέσα σε ένα εξαιρετικά στενό διάκενο 2,5 mm, η ερευνητική ομάδα κατά παραγγελία-ανέπτυξε μια πλαϊνή-πλατφόρμα οπτικής επιθεώρησης (χρησιμοποιώντας μια δομή σάντουιτς από γυαλί GG17) (Εικ{6}}) και ενσωματωμένη τεχνολογία σκόνης Fig{6}} (Εικ{6}}) και ενσωματωμένη τεχνολογία σκόνης{7}. Αυτό έδωσε τη δυνατότητα στους ερευνητές να παρακολουθήσουν με σαφήνεια τη μακροσκοπική δυναμική των ρευστών και τη συμπεριφορά παροδικής σύντηξης εντός της δεξαμενής συγκόλλησης.
Οι μικρογραφίες διατομής- καταδεικνύουν ξεκάθαρα τον κρίσιμο ρόλο του πλάτους ταλάντωσης (Εικ. 3). Χωρίς ταλάντωση ή με μικρό πλάτος (1,2 mm), η θερμότητα δεν μπορεί να μεταφερθεί αποτελεσματικά πλευρικά, με αποτέλεσμα την έλλειψη--του ελαττώματος της σύντηξης (LOF) έως και 37,28%. Ωστόσο, όταν το πλάτος ταλάντωσης βελτιστοποιείται στα 1,8 mm, η ενέργεια του λέιζερ κατανέμεται ομοιόμορφα στα πλευρικά τοιχώματα. η διατομή συγκόλλησης-μετατοπίζεται από το σχήμα "καρφί-κεφαλής" σε ένα ευρύ "ορθογώνιο" σχήμα και το ποσοστό ελαττώματος LOF πέφτει στο 0%.
Στη συγκόλληση με μη ταλαντευόμενο λέιζερ, η δεξαμενή συγκόλλησης δεν είναι μόνο στενή και υπόκειται σε γρήγορη ψύξη, αλλά η εσωτερική κλειδαρότρυπα υπάρχει επίσης σε μια εξαιρετικά ασταθή κατάσταση που χαρακτηρίζεται από συχνή διαστολή και συστολή. Καθοδηγούμενο από την επιφανειακή τάση (φαινόμενο Marangoni), το λιωμένο μέταλλο είναι πολύ επιρρεπές σε ασύμμετρη, προκατειλημμένη ροή. Αυτή η ανεξέλεγκτη μονόπλευρη ροή οδηγεί τελικά σε καλή σύντηξη στη μία πλευρά της συγκόλλησης, ενώ αναπόφευκτα προκαλεί σοβαρή έλλειψη-των-ελαττωμάτων σύντηξης στο πλευρικό τοίχωμα στην άλλη (Εικόνα 4).
Οι χαμηλότερες παράμετροι ταλάντωσης έχουν ως αποτέλεσμα ανεπαρκή πλευρική είσοδο θερμότητας και ασύμμετρη ροή πισίνας συγκόλλησης. Όταν οι παράμετροι βελτιστοποιούνται σε πλάτος 1,8 mm και συχνότητα 40 Hz, η πλευρική ζώνη θέρμανσης του λέιζερ επεκτείνεται αποτελεσματικά, προκαλώντας τη μετατόπιση της γεωμετρίας της πισίνας συγκόλλησης από "στενή και βαθιά" σε "ευρεία και ρηχή" (αυξημένο πλάτος και μειωμένο μήκος). Αν και η ταλάντωση υψηλής-συχνότητας προκαλεί κάποιο πιτσίλισμα, αυτό το καθεστώς ενισχύει σημαντικά τη συνολική σταθερότητα της κλειδαρότρυπας και της πισίνας συγκόλλησης και βελτιώνει τη διαβροχή του πλευρικού τοιχώματος, εξασφαλίζοντας τελικά την αποτελεσματική σύντηξη μεταξύ της ραφής συγκόλλησης και των πλευρικών τοιχωμάτων (Εικ. 5).
Το Σχήμα 6 απεικονίζει γλαφυρά τον αποφασιστικό ρόλο του πλάτους ταλάντωσης στη ρύθμιση της δυναμικής εξέλιξης της μορφολογίας διατομής-της δεξαμενής συγκόλλησης καθ' όλη τη διάρκεια ενός πλήρους κύκλου ταλάντωσης. Σε χαμηλά πλάτη ταλάντωσης, η εξαιρετικά συγκεντρωμένη ενέργεια λέιζερ παράγει μια κωνική δεξαμενή συγκόλλησης με στενό-πυθμένα. τα πλευρικά τοιχώματα λαμβάνουν θερμότητα κυρίως μέσω περιορισμένης θερμικής αγωγιμότητας, με αποτέλεσμα ασύμμετρη κλίση και έλλειψη-των-ελαττωμάτων σύντηξης. Καθώς το πλάτος της ταλάντωσης αυξάνεται, η θερμότητα συσσωρεύεται δυναμικά στη διεπαφή μεταξύ της προ-τοποθετημένης πλάκας και των πλευρικών τοιχωμάτων, προκαλώντας τη διεύρυνση της βάσης της δεξαμενής συγκόλλησης σε σχήμα U-. Κάτω από ένα βελτιστοποιημένο, μεγαλύτερο πλάτος ταλάντωσης, η ενέργεια του λέιζερ ανακατανέμεται ομοιόμορφα στην εγκάρσια κατεύθυνση, ενισχύοντας σημαντικά το βάθος διαβροχής και διείσδυσης του πλευρικού τοιχώματος. Επιπλέον, καθ' όλη τη διάρκεια ενός πλήρους κύκλου αριστερής{11}}δεξιάς ταλάντωσης (από T0 έως T{0 + 16 ms), η δεξαμενή συγκόλλησης-καθοδηγούμενη από τις συνδυασμένες επιδράσεις της άμεσης ακτινοβολίας και της θερμικής αγωγιμότητας-υπερνικά τη θερμική υστέρηση και συσσωρεύει συνεχώς θερμότητα. επεκτείνεται εναλλάξ και προς τις δύο πλευρές σε συγχρονισμό με την κίνηση της δέσμης, καθιερώνοντας τελικά μια τέλεια κεντροσυμμετρική μορφολογία.
Αυτή η μελέτη προτείνει και επικυρώνει συστηματικά μια τεχνική συγκόλλησης με λέιζερ με ταλάντωση με προ{0}}πλήρωση στενού-κενού. Αναλύει διεξοδικά τους μηχανισμούς με τους οποίους η ταλάντωση λέιζερ αναδιαμορφώνει τις εσωτερικές θερμοδυναμικές και ρευστές-δυναμικές συμπεριφορές της λίμνης εξαιρετικά-βαθύιου λιωμένου J, οδηγώντας στα ακόλουθα βασικά συμπεράσματα: 1. Η ταλάντωση διαταράσσει την εξαιρετικά συγκεντρωμένη, μονή{6}}αιχμή κατανομή ενέργειας τυπική για συμβατικές πηγές θερμότητας σε 772,9 J/mm²). Αυτή η ομογενοποίηση και η ανακατανομή της ενέργειας αποτρέπει θεμελιωδώς την υπερβολική εισροή θερμότητας στο κέντρο συγκόλλησης, ενώ ενισχύει ουσιαστικά την τοπική συσσώρευση θερμότητας στα όρια του πλευρικού τοιχώματος{10}} Το έντονο μηχανικό αποτέλεσμα ανάδευσης που δημιουργείται από τις παραμέτρους ταλάντωσης (συχνότητα: 40 Hz, πλάτος ροής: επιτυχώς η επιφανειακή τάση. Η ροή της λιμωμένης λίμνης μετατρέπεται από μια διαταραγμένη, εξαιρετικά επιρρεπής-σε-ασύμμετρη λοξή κατάσταση σε μια τακτοποιημένη, συμμετρική και έντονη λειτουργία συναγωγής, επιταχύνοντας το ακτινικό καθαρισμό και τη μεταφορά του υγρού μετάλλου υψηλής θερμοκρασίας Α προς τα δύο πλευρικά πλευρικά τοιχώματα{17} η καταστολή-ορίζεται ως 1 μικρότερο ή ίσο με 2A/D Μικρότερο ή ίσο με 1,5 (όπου A είναι το πλάτος ταλάντωσης και D το πλάτος του διακένου)-υπολογίστηκε και επικυρώθηκε αυστηρά. Αυτό το παράθυρο προσδίδει εξαιρετική στιβαρότητα στη διαδικασία συγκόλλησης. εντός αυτού του εύρους, η διαδικασία μπορεί να αντιμετωπίσει αποτελεσματικά τις αποκλίσεις που προκαλούνται από κραδασμούς του εξοπλισμού ή σφάλματα συναρμολόγησης, εξασφαλίζοντας τέλεια τήξη 100% στα πλευρικά τοιχώματα.
