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) autogénne laserové zváranie s výhodami vrstveného nanášania zvárania s úzkymi-štrbinami. Štúdia skúma komplexné termofyzikálne interakcie medzi ultra-hlbokým zvarovým kúpeľom (dosahujúcim 15 mm v jednom prechode) a bočnými stenami s úzkymi-štrbinami, pričom odhaľuje mechanizmy, ktorými parametre laserovej oscilácie regulujú prietok zvarového kúpeľa a správanie pri spájaní bočných stien. V konečnom dôsledku sa touto metódou podarilo úspešne zvariť-bezchybové zváranie 70 mm hrubých plechov z nehrdzavejúcej ocele 316LN, čo výrazne zvýšilo efektivitu výroby a zároveň zabezpečilo vysokú kvalitu.
Na prekonanie fyzických obmedzení pozorovania 15 mm hlbokého zvarového kúpeľa v rámci ultra-úzkej 2,5 mm medzery výskumný tím na zákazku-vyvinul platformu pre vizuálnu kontrolu zboku- (využívajúcu sklenenú sendvičovú štruktúru GG17) (obr. 1) a začlenil technológiu stopovacích častíc volfrámového prášku} (obr.{{7}). To umožnilo výskumníkom jasne sledovať makroskopickú dynamiku tekutín a prechodné fúzne správanie vo zvarovom kúpeli.
Prierezové mikrofotografie jasne demonštrujú rozhodujúcu úlohu oscilačnej amplitúdy (obr. . 3). Bez oscilácie alebo s malou amplitúdou (1,2 mm) sa teplo nemôže účinne prenášať do strán, čo má za následok poruchu--fúzie (LOF) bočnej steny až 37,28 %. Keď je však amplitúda oscilácie optimalizovaná na 1,8 mm, energia lasera sa rovnomerne rozloží na bočné steny; prierez zvaru- sa posunie z tvaru „hlavičky{10} klinca“ na široký „obdĺžnikový“ tvar a miera chybovosti LOF klesne na 0 %.
Pri ne-oscilujúcom laserovom zváraní je zvarový kúpeľ nielen úzky a podlieha rýchlemu ochladzovaniu, ale aj vnútorná kľúčová dierka existuje vo veľmi nestabilnom stave, ktorý sa vyznačuje častým rozťahovaním a zmršťovaním. Poháňaný povrchovým napätím (Marangoniho efekt) je roztavený kov veľmi náchylný na asymetrické, predpäté prúdenie. Tento nekontrolovaný jednostranný tok má v konečnom dôsledku za následok dobré zvarenie na jednej strane zvaru, zatiaľ čo na druhej strane nevyhnutne spôsobí vážny nedostatok--zvaru bočnej steny (obrázok 4).
Nižšie parametre oscilácie majú za následok nedostatočný bočný prívod tepla a asymetrické prúdenie zvarového kúpeľa. Keď sú parametre optimalizované na amplitúdu 1,8 mm a frekvenciu 40 Hz, bočná ohrievacia zóna lasera sa efektívne rozšíri, čo spôsobí posun geometrie zvarového kúpeľa z „úzkej a hlbokej“ na „širokú a plytkú“ (zväčšenie šírky a zmenšenie dĺžky). Hoci vysokofrekvenčné oscilácie spôsobujú určitý rozstrek, tento režim výrazne zvyšuje celkovú stabilitu kľúčovej dierky a zvarového kúpeľa a zlepšuje zmáčanie bočných stien, čím sa v konečnom dôsledku zaisťuje efektívne spojenie medzi zvarovým švom a bočnými stenami (obr.{5}}).
Obrázok 6 názorne ilustruje rozhodujúcu úlohu amplitúdy oscilácií pri riadení dynamického vývoja morfológie prierezu zvarového kúpeľa- počas celého cyklu oscilácií. Pri nízkych amplitúdach oscilácií vytvára vysoko koncentrovaná laserová energia úzky-kónický zvarový kúpeľ; bočné steny prijímajú teplo predovšetkým obmedzenou tepelnou vodivosťou, čo vedie k asymetrickému nakláňaniu a nedostatku--poruchov fúzie. Keď sa amplitúda kmitov zvyšuje, teplo sa dynamicky akumuluje na rozhraní medzi vopred umiestnenou doskou a bočnými stenami, čo spôsobuje, že základňa zvarového kúpeľa sa rozširuje do tvaru U. Pri optimalizovanej väčšej amplitúde oscilácie sa energia lasera prerozdeľuje rovnomerne v priečnom smere, čím sa výrazne zvyšuje zvlhčenie bočných stien a hĺbka prieniku. Okrem toho počas celého cyklu ľavo{11}}pravej oscilácie (od T0 do T0 + 16 ms) zvarový kúpeľ-poháňaný kombinovanými účinkami priameho žiarenia a tepelnej vodivosti-prekoná tepelné oneskorenie a nepretržite akumuluje teplo; rozširuje sa striedavo smerom na obe strany v synchronizácii s pohybom lúča, čím sa v konečnom dôsledku vytvára dokonale centrosymetrická morfológia.
Táto štúdia navrhuje a systematicky overuje pred-vyplnenú techniku laserového oscilačného zvárania s úzkou medzerou{1}. Komplexne analyzuje mechanizmy, ktorými oscilácia lasera pretvára vnútorné termodynamické a fluidné-dynamické správanie ultra-hlbokej roztavenej nádrže, čo vedie k nasledujúcim kľúčovým záverom: 1. Oscilácia narúša vysoko koncentrovanú, jedinú{6}}distribúciu energie typickú pre konvenčné zdroje tepla, čím výrazne znižuje špičkovú hustotu energie (z 1067 J/mm²,9² na 1067 J/mm²,92). Táto homogenizácia a redistribúcia energie zásadne bráni nadmernému prívodu tepla do stredu zvaru a zároveň podstatne zvyšuje lokálnu akumuláciu tepla na hraniciach bočných stien. 2. Intenzívny efekt mechanického miešania generovaný parametrami oscilácie (frekvencia: 40 Hz; amplitúda: 1,8 mm) úspešne prekonáva obmedzenia toku, ktorým dominuje povrchové napätie. Prúdenie roztaveného bazéna sa transformuje z neusporiadaného, vysoko náchylného-k-vychýleniu asymetrického stavu do usporiadaného, symetrického a intenzívneho konvekčného režimu, čím sa zrýchli radiálne pranie a transport tekutého kovu s vysokou{16}}teplotou smerom k obom bočným stenám. 3. proces definovaný ako 18 matematické{15}potlačenie} alebo rovné 2A/D Menšie alebo rovné 1,5 (kde A je amplitúda oscilácie a D je šírka medzery)-bolo prísne odvodené a overené. Toto okno dodáva procesu zvárania výnimočnú robustnosť; v tomto rozsahu sa proces môže efektívne prispôsobiť odchýlkam spôsobeným vibráciami zariadenia alebo chybami montáže, čím sa zabezpečí dokonalé 100% spojenie na bočných stenách.
