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 کیلووات) جوش لیزری خودزا با مزایای رسوب لایه ای جوشکاری باریک-. این مطالعه برهمکنشهای ترموفیزیکی پیچیده بین حوضچه جوش فوق{3}عمیق (که در یک پاس به 15 میلیمتر میرسد) و دیوارههای جانبی شکاف باریک را بررسی میکند و مکانیسمهایی را آشکار میکند که توسط آن پارامترهای نوسان لیزری جریان حوضچه جوش و رفتار همجوشی دیواره جانبی را تنظیم میکنند. در نهایت، این روش با موفقیت به جوشکاری بدون نقص با ضخامت 70 میلیمتر 316LN ورقهای فولادی زنگ نزن 316LN دست یافت که به طور قابل توجهی کارایی تولید را افزایش داد و در عین حال کیفیت بالا را تضمین کرد.
برای غلبه بر محدودیتهای فیزیکی مشاهده یک حوضچه جوش عمیق 15 میلیمتری در یک شکاف فوقالعاده باریک 2.5 میلیمتری، تیم تحقیقاتی سفارشی{3}}یک پلتفرم بازرسی بصری جانبی- (با استفاده از ساختار ساندویچ شیشهای GG17) (شکل{6}}) و فنآوری پودر گیرهدار{7} ایجاد کردند. این محققان را قادر ساخت تا به وضوح دینامیک سیال ماکروسکوپی و رفتار همجوشی گذرا را در حوضچه جوش ردیابی کنند.
ریزنگارهای مقطعی{0}}به وضوح نقش حیاتی دامنه نوسان را نشان میدهند (شکل{1}}). بدون نوسان یا با دامنه کوچک (1.2 میلیمتر)، گرما نمیتواند به طور مؤثر به صورت جانبی منتقل شود، که منجر به عدم وجود{4}}-ضریب همجوشی (LOF) تا 37.28٪ میشود. با این حال، هنگامی که دامنه نوسان تا 1.8 میلی متر بهینه شود، انرژی لیزر به طور مساوی در دیواره های جانبی توزیع می شود. مقطع جوش-از شکل "میخ{10}}سر" به شکل "مستطیل" گسترده تغییر میکند و نرخ عیب LOF به 0% کاهش مییابد.
در جوشکاری لیزری غیر نوسانی، حوضچه جوش نه تنها باریک است و در معرض سرد شدن سریع است، بلکه سوراخ کلید داخلی نیز در حالتی بسیار ناپایدار وجود دارد که با انبساط و انقباض مکرر مشخص می شود. فلز مذاب که توسط کشش سطحی (اثر Marangoni) هدایت میشود، به شدت مستعد جریان نامتقارن و مغرضانه است. این جریان یک طرفه کنترل نشده در نهایت منجر به همجوشی خوب در یک طرف جوش می شود، در حالی که به طور اجتناب ناپذیری باعث فقدان{3}}-همجوشی شدید در طرف دیگر می شود (شکل 4).
پارامترهای نوسان کمتر منجر به ورودی گرمای جانبی ناکافی و جریان نامتقارن حوضچه جوش می شود. هنگامی که پارامترها به دامنه 1.8 میلی متر و فرکانس 40 هرتز بهینه می شوند، ناحیه گرمایش جانبی لیزر به طور موثری گسترش می یابد و باعث می شود که هندسه حوضچه جوش از "باریک و عمیق" به "عریض و کم عمق" (افزایش عرض و کاهش طول) تغییر کند. اگرچه نوسان با فرکانس بالا باعث ایجاد مقداری پاشش می شود، این رژیم به طور قابل توجهی پایداری کلی سوراخ کلید و حوضچه جوش را افزایش می دهد و مرطوب شدن دیواره جانبی را بهبود می بخشد و در نهایت از همجوشی موثر بین درز جوش و دیواره های جانبی اطمینان حاصل می کند (شکل{5}}).
شکل 6 به وضوح نقش تعیین کننده دامنه نوسان را در کنترل تکامل دینامیکی مورفولوژی مقطعی حوضچه جوش در طول یک چرخه کامل نوسان نشان می دهد. در دامنههای نوسان کم، انرژی لیزر بسیار متمرکز یک حوضچه جوش مخروطی شکل-ته باریک ایجاد میکند. دیواره های جانبی گرما را عمدتاً از طریق رسانش حرارتی محدود دریافت می کنند که منجر به کج شدن نامتقارن و فقدان{4}}-همجوشی می شود. با افزایش دامنه نوسان، گرما به صورت پویا در سطح مشترک بین صفحه از قبل قرار داده شده و دیوارههای جانبی جمع میشود و باعث میشود که پایه حوضچه جوش به شکل U-عرض شود. تحت یک دامنه نوسان بهینه و بزرگتر، انرژی لیزر به طور یکنواخت در جهت عرضی توزیع می شود و به طور قابل توجهی رطوبت دیواره جانبی و عمق نفوذ را افزایش می دهد. علاوه بر این، در طول یک چرخه کامل نوسان چپ{11}}راست (از T0 تا T0 + 16 ms)، حوضچه جوش{14}}که توسط اثرات ترکیبی تابش مستقیم و هدایت حرارتی هدایت میشود{15}}بر تأخیر حرارتی غلبه میکند و به طور مداوم گرما را جمع میکند. به طور متناوب به سمت هر دو طرف در هماهنگی با حرکت پرتو منبسط می شود و در نهایت یک مورفولوژی کاملاً متقارن مرکز ایجاد می کند.
این مطالعه یک تکنیک جوشکاری نوسانی لیزری با شکاف باریک از قبل پر شده{{0}پرشده- را بهطور سیستماتیک پیشنهاد و تأیید میکند. این به طور جامع مکانیسمهایی را تجزیه و تحلیل میکند که توسط آن نوسان لیزری رفتارهای ترمودینامیکی و سیال درونی-رفتارهای دینامیکی J فوق-حوضچه مذاب عمیق را تغییر میدهد، که منجر به نتایج کلیدی زیر میشود: 1. نوسان، توزیع انرژی بسیار متمرکز و منفرد{6}} را که معمولی از منابع گرمایی معمولی است، مختل میکند. تا 772.9 J/mm²). این همگن سازی و توزیع مجدد انرژی اساساً از ورود گرمای بیش از حد در مرکز جوش جلوگیری می کند در حالی که به طور قابل توجهی انباشت گرمای موضعی در مرزهای دیواره جانبی را افزایش می دهد{10}} اثر همزن مکانیکی شدید ایجاد شده توسط پارامترهای نوسان (فرکانس: 40 هرتز؛ دامنه: جریان: میلی متر در دقیقه بیش از 1). جریان حوضچه مذاب از حالت نامنظم، بسیار مستعد-به-حالت نامتقارن کجی به حالت همرفتی منظم، متقارن و شدید تبدیل میشود، که شعاع شعاعی و انتقال{16}}فلز مایع با دمای بالا را به سمت هر دو دیواره جانبی فرآیندی A سریع میکند{17} سرکوب{18}}تعریف شده به عنوان 1 کمتر یا مساوی 2A/D کمتر یا مساوی 1.5 (که در آن A دامنه نوسان و D عرض شکاف است){22}}به شدت مشتق و اعتبار سنجی شد. این پنجره استحکام استثنایی را به فرآیند جوشکاری می دهد. در این محدوده، فرآیند می تواند به طور موثر انحرافات ناشی از لرزش تجهیزات یا خطاهای مونتاژ را پوشش دهد و از همجوشی کامل 100٪ در دیواره های جانبی اطمینان حاصل کند.
