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) autogén lézeres hegesztés a szűk-réskitöltő hegesztés réteges leválasztási előnyeivel. A tanulmány az ultra-mély hegesztőmedence (egy menetben eléri a 15 mm-t) és a szűk -rés oldalfalai közötti összetett termofizikai kölcsönhatásokat vizsgálja, feltárva azokat a mechanizmusokat, amelyek révén a lézeres oszcillációs paraméterek szabályozzák a hegesztőmedence áramlását és az oldalfal fúziós viselkedését. Végső soron ezzel a módszerrel sikerült a 70 mm vastag, 316LN rozsdamentes acéllemezek hibamentes{7}hegesztését elérni, jelentősen javítva a gyártás hatékonyságát, miközben magas minőséget biztosított.
A 15 mm-es mélységű hegesztési medence ultra-keskeny, 2,5 mm-es résben történő megfigyelésének fizikai korlátainak leküzdésére a kutatócsoport egyedi -oldalsó-szemléletű vizuális vizsgálati platformot fejlesztett ki (GG17 üvegszendvics szerkezetet használva) ({7}} ábra) és beépített porszemcsés technológiával. Ez lehetővé tette a kutatóknak, hogy egyértelműen nyomon követhessék a makroszkopikus folyadékdinamikát és a tranziens fúziós viselkedést a hegesztőmedencén belül.
A keresztmetszeti mikrografikonok- egyértelműen demonstrálják az oszcillációs amplitúdó kritikus szerepét (. 3. ábra). Oszcilláció nélkül vagy kis amplitúdóval (1,2 mm) a hőt nem lehet hatékonyan oldalirányban átadni, ami akár 37,28%-os oldalfalhiányos -of-fúziós (LOF) hibaarányt is eredményezhet. Ha azonban az oszcillációs amplitúdót 1,8 mm-re optimalizáljuk, a lézerenergia egyenletesen oszlik el az oldalfalakon; a hegesztési varrat keresztmetszet-a "szeg{10}}fej" formáról széles "téglalap" alakra változik, és a LOF-hibaarány 0%-ra csökken.
A nem-oszcilláló lézeres hegesztésnél a hegesztőmedence nemcsak keskeny és gyors lehűlésnek van kitéve, hanem a belső kulcslyuk is rendkívül instabil állapotban van, amelyet gyakori tágulás és összehúzódás jellemez. A felületi feszültség (a Marangoni-effektus) hatására az olvadt fém nagyon hajlamos az aszimmetrikus, torzított áramlásra. Ez az ellenőrizetlen egyoldalú áramlás végül jó olvadást eredményez a hegesztési varrat egyik oldalán, miközben elkerülhetetlenül súlyos oldalfalhiányt okoz-a olvadásból{4}} a másik oldalon (4. ábra).
Az alacsonyabb oszcillációs paraméterek elégtelen oldalirányú hőbevitelt és aszimmetrikus hegesztőmedence-áramlást eredményeznek. Ha a paramétereket 1,8 mm-es amplitúdóra és 40 Hz-es frekvenciára optimalizálják, a lézer oldalirányú fűtési zónája hatékonyan kitágul, aminek következtében a hegesztőmedence geometriája „keskeny és mély” helyett „széles és sekély” (megnövekedett szélesség és csökkentett hossz) felé tolódik el. Bár a nagy-frekvenciás oszcilláció némi fröcskölést indukál, ez a rezsim jelentősen javítja a kulcslyuk és a hegesztési medence általános stabilitását, és javítja az oldalfalak nedvesedését, végső soron biztosítva a hegesztési varrat és az oldalfalak közötti hatékony fúziót (. 5 ábra).
A 6. ábra szemléletesen szemlélteti az oszcillációs amplitúdó döntő szerepét a hegesztési varrat keresztmetszeti morfológiájának dinamikus alakulásában a teljes oszcillációs ciklus során. Alacsony oszcillációs amplitúdó mellett a nagy koncentrációjú lézerenergia keskeny-fenekű, kúpos hegesztési medencét hoz létre; az oldalfalak elsősorban a korlátozott hővezetés révén kapják meg a hőt, ami aszimmetrikus dőlést és a fúziós hibák-hiányát{5}} eredményezi. Az oszcillációs amplitúdó növekedésével a hő dinamikusan halmozódik fel az előre -elhelyezett lemez és az oldalfalak határfelületén, aminek következtében a hegesztőmedence alapja U-alakra kiszélesedik. Optimalizált, nagyobb oszcillációs amplitúdó mellett a lézer energia egyenletesen oszlik el keresztirányban, jelentősen növelve az oldalfal nedvesítését és a behatolási mélységet. Ezenkívül a teljes bal-jobb oszcillációs ciklus során (T0-tól T0 + 16 ms-ig) a hegesztési medence-amelyet a közvetlen besugárzás és a hővezetés együttes hatásai-vezérelnek, legyőzi a hőeltolódást, és folyamatosan hőt halmoz fel; felváltva tágul mindkét oldal felé a nyaláb mozgásával szinkronban, végső soron tökéletesen centroszimmetrikus morfológiát hozva létre.
Ez a tanulmány egy előre-töltött szűk-résű lézeres oszcillációs hegesztési technikát javasol és szisztematikusan validál. Átfogóan elemzi azokat a mechanizmusokat, amelyek révén a lézeres oszcilláció átalakítja az ultra-mély olvadt medence belső termodinamikai és folyadék{3}}dinamikus viselkedését, ami a következő kulcsfontosságú következtetésekhez vezet: 1. Az oszcilláció megzavarja a hagyományos hőforrásokra jellemző erősen koncentrált, egyetlen csúcsenergia-eloszlást, ami jelentősen csökkenti a csúcsenergia-sűrűséget J27mm-ről 10/7 mm-ről 76 mm-re. J/mm²). Ez az energia homogenizálása és újraelosztása alapvetően megakadályozza a túlzott hőbevitelt a hegesztési központban, miközben jelentősen fokozza a helyi hőfelhalmozódást az oldalfalak határain. 2. Az oszcillációs paraméterek által generált intenzív mechanikai keverőhatás (frekvencia: 40 Hz; amplitúdó: 1,8 mm-es felületi túlfeszültség dominált) Az olvadt medence áramlása rendezetlen, erősen hajlamos aszimmetrikus állapotból rendezett, szimmetrikus és erőteljes konvektív módba alakul át, felgyorsítva a sugárirányú súrlódást és a magas hőmérsékletű folyékony fém mindkét oldalfala felé történő szállítását, ami a hibás folyamatot eredményezi.{17}} elnyomás-meghatározása: 1 Kisebb vagy egyenlő, mint 2A/D Kisebb vagy egyenlő, mint 1,5 (ahol A az oszcillációs amplitúdó és D a rés szélessége)-szigorúan származtatták és érvényesítették. Ez az ablak rendkívüli robusztusságot kölcsönöz a hegesztési folyamatnak; ezen a tartományon belül a folyamat hatékonyan képes kezelni a berendezés vibrációja vagy összeszerelési hibáiból adódó eltéréseket, biztosítva a tökéletes 100%-os fúziót az oldalfalakon.
