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) autogēnā lāzermetināšana ar šauras -starpas aizpildīšanas metināšanas slāņveida uzklāšanas priekšrocībām. Pētījumā tiek pētītas sarežģītās termofizikālās mijiedarbības starp īpaši dziļo metināšanas baseinu (vienā piegājienā sasniedzot 15 mm) un šaurās -starpas sānu malas, atklājot mehānismus, ar kuriem lāzera svārstību parametri regulē metināšanas baseina plūsmu un sānu sienu saplūšanu. Galu galā šī metode veiksmīgi panāca 70 mm biezu 316LN nerūsējošā tērauda plākšņu bezdefektu metināšanu, ievērojami uzlabojot ražošanas efektivitāti, vienlaikus nodrošinot augstu kvalitāti.
Lai pārvarētu fiziskos ierobežojumus, kas rodas, novērojot 15 mm dziļu metināšanas baseinu īpaši šaurā 2,5 mm spraugā, pētnieku grupa pēc pasūtījuma-izstrādāja sānu-vizuālās apskates platformu (izmantojot GG17 stikla sviestmaižu struktūru) (att. Tas ļāva pētniekiem skaidri izsekot makroskopiskā šķidruma dinamikai un pārejošai saplūšanas uzvedībai metināšanas baseinā.
Šķērsgriezuma{0}}mikrogrāfi skaidri parāda svārstību amplitūdas būtisko lomu (attēls{1}}). Bez svārstībām vai ar nelielu amplitūdu (1,2 mm) siltumu nevar efektīvi pārnest uz sāniem, kā rezultātā sānu malas -of-savienojuma (LOF) defektu līmenis līdz 37,28%. Tomēr, kad svārstību amplitūda ir optimizēta līdz 1,8 mm, lāzera enerģija tiek vienmērīgi sadalīta uz sānu sienām; metināšanas šķērsgriezums-novirzās no "naglas" formas uz platu "taisnstūra" formu, un LOF defektu līmenis samazinās līdz 0%.
Ne{0}}oscilējošā lāzermetināšanā metināšanas baseins ir ne tikai šaurs un pakļauts ātrai dzesēšanai, bet arī iekšējais atslēgas caurums ir ļoti nestabilā stāvoklī, kam raksturīga bieža izplešanās un saraušanās. Virsmas spraiguma (Marangoni efekts) vadīts, kausētais metāls ir ļoti pakļauts asimetriskai, neobjektīvai plūsmai. Šī nekontrolētā vienpusējā plūsma galu galā nodrošina labu saplūšanu vienā metinātās šuves pusē, vienlaikus neizbēgami izraisot nopietnu sānu sienu -kausēšanas defektu -trūkumu otrā pusē (4. attēls).
Zemāki svārstību parametri rada nepietiekamu sānu siltuma padevi un asimetrisku metināšanas baseina plūsmu. Kad parametri ir optimizēti līdz 1,8 mm amplitūdai un 40 Hz frekvencei, lāzera sānu sildīšanas zona efektīvi paplašinās, izraisot metināšanas baseina ģeometrijas pāreju no "šaura un dziļa" uz "platu un seklu" (palielināts platums un samazināts garums). Lai gan augstas -frekvences svārstības izraisa zināmas šļakatas, šis režīms ievērojami uzlabo atslēgas cauruma un metinātās šuves kopējo stabilitāti un uzlabo sānu sienu mitrināšanu, galu galā nodrošinot efektīvu saplūšanu starp metināšanas šuvi un sānu sienām (attēls{5}}).
6. attēls spilgti ilustrē svārstību amplitūdas izšķirošo lomu metinātā šuves šuves šuves šķērsgriezuma morfoloģijas dinamiskajā attīstībā visā svārstību ciklā. Pie zemām svārstību amplitūdām ļoti koncentrēta lāzera enerģija rada šauru -dibenu, konusveida metināto šuvi; sānu sienas saņem siltumu galvenokārt ierobežotas siltuma vadītspējas dēļ, kā rezultātā rodas asimetrisks sasvērums un nav -savienojuma defektu. Palielinoties svārstību amplitūdai, siltums dinamiski uzkrājas saskarnē starp iepriekš-novietoto plāksni un sānu sienām, izraisot metināšanas baseina pamatnes paplašināšanos U-formā. Ar optimizētu, lielāku svārstību amplitūdu lāzera enerģija tiek vienmērīgi pārdalīta šķērsvirzienā, ievērojami uzlabojot sānu sienu mitrināšanu un iespiešanās dziļumu. Turklāt visā kreisās{11}}labās svārstību cikla laikā (no T0 līdz T0 + 16 ms) metināšanas baseins-, ko vada tiešās apstarošanas un siltumvadītspējas kombinētā ietekme,{15}}pārvar siltuma nobīdi un nepārtraukti uzkrāj siltumu; tas pārmaiņus izplešas uz abām pusēm sinhroni ar stara kustību, galu galā izveidojot perfekti centrosimetrisku morfoloģiju.
Šis pētījums piedāvā un sistemātiski apstiprina iepriekš-aizpildītu šauras spraugas-lāzera svārstību metināšanas paņēmienu. Tajā vispusīgi analizēti mehānismi, ar kuriem lāzera svārstības pārveido ultra-dziļa kausēta baseina iekšējo termodinamisko un šķidruma -dinamisko uzvedību, kā rezultātā tiek izdarīti šādi galvenie secinājumi: 1. Svārstības izjauc ļoti koncentrētu, vienu -maksimālo enerģijas sadalījumu, kas raksturīgs tradicionālajiem siltuma avotiem, ievērojami samazinot enerģijas blīvumu no J2/7 mm līdz 7 mm. J/mm²). Šī homogenizācija un enerģijas pārdale būtiski novērš pārmērīgu siltuma ievadi metināšanas centrā, vienlaikus būtiski uzlabojot lokālo siltuma uzkrāšanos sānu sienu malās. 2. Intensīva mehāniskā maisīšanas efekts, ko rada svārstību parametri (frekvence: 40 Hz; amplitūda: 1,8 mm virsma ir sekmīgi pārspīlēta). Izkausētā baseina plūsma tiek pārveidota no nesakārtota, ļoti tendēta uz-asimetrisku stāvokli sakārtotā, simetriskā un enerģiskā konvektīvā režīmā, paātrinot augstas{16}}temperatūras šķidrā metāla radiālo beršanos un transportēšanu uz abām sānu sienām, lai radītu defektīvu procesu{17}} slāpēšana -definēta kā 1 mazāka vai vienāda ar 2A/D mazāka vai vienāda ar 1,5 (kur A ir svārstību amplitūda un D ir atstarpes platums)-tika precīzi iegūta un apstiprināta. Šis logs piešķir metināšanas procesam izcilu noturību; šajā diapazonā process var efektīvi pielāgoties novirzēm, ko izraisa iekārtas vibrācija vai montāžas kļūdas, nodrošinot perfektu 100% saplūšanu pie sānu sienām.
