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) autogen lasersvejsning med fordelene ved snæver-fyldningssvejsning i lag. Undersøgelsen undersøger de komplekse termofysiske interaktioner mellem den ultra-dybe svejsebassin (når 15 mm i en enkelt passage) og sidevæggene med smalle -mellemrum, hvilket afslører de mekanismer, hvorved laseroscillationsparametre regulerer svejsebassinets flow og sidevæggens fusionsadfærd. I sidste ende lykkedes det med denne metode at opnå fejlfri-svejsning af 70 mm tykke 316LN rustfri stålplader, hvilket væsentligt forbedrede produktionseffektiviteten og samtidig sikrede høj kvalitet.
For at overvinde de fysiske begrænsninger ved at observere en 15 mm dyb svejsebassin inden for et ultra-smal 2,5 mm mellemrum, udviklede forskerteamet-en specialudviklet-visuel inspektionsplatform til sidevisning (ved hjælp af en GG17-glassandwichstruktur) (Fig. 1) og indbyggede{{{7} pulversporingsteknologi for wolframpartikler (F). Dette gjorde det muligt for forskerne klart at spore den makroskopiske væskedynamik og forbigående fusionsadfærd i svejsebassinet.
Tværsnitsmikrografer demonstrerer tydeligt den kritiske rolle, som oscillationsamplitude spiller (fig.. 3). Uden oscillation eller med en lille amplitude (1,2 mm) kan varme ikke effektivt overføres lateralt, hvilket resulterer i en sidevægsmangel-af-fusionsdefekt (LOF) på op til 37,28 %. Men når oscillationsamplituden er optimeret til 1,8 mm, fordeles laserenergien jævnt til sidevæggene; svejsetværsnittet-skifter fra en "søm-hoved"-form til en bred "rektangulær" form, og LOF-defektraten falder til 0 %.
Ved ikke-oscillerende lasersvejsning er svejsebassinet ikke kun smalt og udsat for hurtig afkøling, men det indre nøglehul eksisterer også i en meget ustabil tilstand karakteriseret ved hyppig udvidelse og sammentrækning. Drevet af overfladespænding (Marangoni-effekten) er det smeltede metal meget tilbøjeligt til asymmetrisk, forspændt strømning. Denne ukontrollerede ensidige strømning resulterer i sidste ende i god sammensmeltning på den ene side af svejsningen, mens den uundgåeligt forårsager alvorlig sidevægsmangel-af-smeltedefekter på den anden (figur 4).
Lavere oscillationsparametre resulterer i utilstrækkelig lateral varmetilførsel og asymmetrisk svejsebassinflow. Når parametrene er optimeret til en amplitude på 1,8 mm og en frekvens på 40 Hz, udvider laserens laterale varmezone sig effektivt, hvilket får svejsebadsgeometrien til at skifte fra "smal og dyb" til "bred og lavvandet" (øget bredde og reduceret længde). Selvom høj-oscillation inducerer noget sprøjt, forbedrer dette regime væsentligt den overordnede stabilitet af nøglehullet og svejsebassinet og forbedrer sidevægsbefugtningen, hvilket i sidste ende sikrer effektiv sammensmeltning mellem svejsesømmen og sidevæggene (Fig. . 5).
Figur 6 illustrerer levende oscillationsamplitudens afgørende rolle i styringen af den dynamiske udvikling af svejsebadets tværsnitsmorfologi gennem en komplet oscillationscyklus. Ved lave oscillationsamplituder producerer den stærkt koncentrerede laserenergi en smal-bundet, konisk svejsepool; sidevæggene modtager varme primært gennem begrænset termisk ledning, hvilket resulterer i asymmetrisk vipning og manglende--fusionsdefekter. Efterhånden som oscillationsamplituden øges, akkumuleres varme dynamisk ved grænsefladen mellem den forud-placerede plade og sidevæggene, hvilket får bunden af svejsebadet til at udvide sig til en U--form. Under en optimeret, større oscillationsamplitude omfordeles laserenergien ensartet i den tværgående retning, hvilket væsentligt forbedrer sidevægsbefugtning og indtrængningsdybde. Ydermere, gennem en komplet venstre-højre oscillationscyklus (fra T0 til T0 + 16 ms), overvinder svejsebassinet-drevet af de kombinerede effekter af direkte stråling og termisk ledning{15}} termisk forsinkelse og akkumulerer kontinuerligt varme; den udvider sig skiftevis mod begge sider i sync med strålens bevægelse, hvilket i sidste ende etablerer en perfekt centrosymmetrisk morfologi.
Denne undersøgelse foreslår og validerer systematisk en forud-udfyldt snæver-laseroscillationssvejseteknik. Den analyserer grundigt de mekanismer, hvorved laseroscillation omformer den interne termodynamiske og flydende-dynamiske adfærd i den ultra-dybe smeltede pool, hvilket fører til følgende nøglekonklusioner: 1. Oscillation forstyrrer den meget koncentrerede, enkelt-spidsenergifordeling, der er typisk for konventionelle varmekilder, der reduceres væsentligt fra 7 mm/10 mm. til 772,9 J/mm²). Denne homogenisering og omfordeling af energi forhindrer fundamentalt overdreven varmetilførsel i svejsecentret, mens den lokale varmeakkumulering ved sidevæggenes grænser væsentligt forbedres. 2. Den intense mekaniske omrøringseffekt genereret af oscillationsparametrene (frekvens: 40 Hz; amplitude: 1,8 mm) overvinder med succes flowbegrænsninger domineret af overfladebegrænsninger. Den smeltede pools flow omdannes fra en uordnet, meget tilbøjelig til-at-skæv asymmetrisk tilstand til en ordnet, symmetrisk og kraftig konvektiv tilstand, hvilket accelererer den radiale skuring og transport af høj-temperatur flydende metal mod begge sidevægge. 3. En {18}defekt undertrykkelsesproces. 3. A {18}defekt undertrykkelse end eller lig med 2A/D Mindre end eller lig med 1,5 (hvor A er oscillationsamplituden og D er spaltebredden)-blev strengt udledt og valideret. Dette vindue giver en exceptionel robusthed til svejseprocessen; Inden for dette område kan processen effektivt imødekomme afvigelser forårsaget af udstyrsvibrationer eller monteringsfejl, hvilket sikrer perfekt 100 % sammensmeltning ved sidevæggene.
