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 кВ) аутогено ласерско заваривање са предностима слојевитог таложења заваривања са уским-заваривањем. Студија истражује сложене термофизичке интеракције између ултра-дубоке заварене базене (достиже 15 мм у једном пролазу) и бочних зидова са уским-зазором, откривајући механизме помоћу којих параметри ласерских осцилација регулишу проток заварене базене и понашање фузије бочне стране. На крају, овом методом је успешно постигнуто -заваривање без дефекта плоча од нерђајућег челика 316ЛН дебљине 70 мм, значајно повећавајући ефикасност производње уз обезбеђивање високог квалитета.
Да би превазишао физичка ограничења посматрања 15 мм дубоког завареног базена унутар ултра-уског размака од 2,5 мм, истраживачки тим је по мери-развио бочну-платформу за визуелну инспекцију (користећи ГГ17 стаклену сендвич структуру) (Слика. 1) и уграђени део{7} волфрамове технологије у праху (трасер за смокву). Ово је омогућило истраживачима да јасно прате макроскопску динамику флуида и пролазно понашање фузије унутар завареног базена.
Микрографи попречног пресека јасно показују критичну улогу амплитуде осциловања (Слика. 3). Без осциловања или са малом амплитудом (1,2 мм), топлота се не може ефикасно пренети бочно, што доводи до стопе дефекта-фузија-бочне стране (ЛОФ) до 37,28%. Међутим, када се амплитуда осциловања оптимизује на 1,8 мм, енергија ласера се равномерно распоређује на бочне зидове; попречни пресек-завара се помера из облика „главе ексера-у широки „правоугаони” облик, а стопа ЛОФ дефекта пада на 0%.
Код не-осцилирајућег ласерског заваривања, базен заваривања није само узак и подложан брзом хлађењу, већ и унутрашња кључаоница постоји у веома нестабилном стању које карактерише честа експанзија и контракција. Покренут површинским напоном (ефекат Марангони), растопљени метал је веома склон асиметричном, пристрасном току. Ово неконтролисано једнострано струјање на крају доводи до доброг спајања на једној страни шава, док неизбежно узрокује озбиљне недостатке--фузија на бочној страни на другој (Слика 4).
Нижи параметри осциловања резултирају недовољним бочним уносом топлоте и асиметричним протоком завареног базена. Када се параметри оптимизују на амплитуду од 1,8 мм и фреквенцију од 40 Хз, бочна зона грејања ласера се ефективно шири, што доводи до померања геометрије завареног базена са „уског и дубоког“ на „широко и плитко“ (повећана ширина и смањена дужина). Иако високо{4}}осцилације изазивају мало прскања, овај режим значајно побољшава укупну стабилност кључаонице и базена за заваривање и побољшава влажење бочних зидова, на крају обезбеђујући ефективну фузију између завареног шава и бочних зидова (Слика. 5).
Слика 6 сликовито илуструје одлучујућу улогу амплитуде осциловања у управљању динамичком еволуцијом морфологије попречног пресека-завареног базена током целог циклуса осциловања. При малим амплитудама осцилација, високо концентрисана ласерска енергија производи конусни заварени базен са уским-дном; бочни зидови примају топлоту првенствено кроз ограничену топлотну проводљивост, што доводи до асиметричног нагињања и недостатка-дефекта-фузије. Како се амплитуда осциловања повећава, топлота се динамички акумулира на граници између унапред-постављене плоче и бочних зидова, узрокујући да се база завареног базена шири у У-облик. Под оптимизованом, већом амплитудом осциловања, ласерска енергија се равномерно распоређује у попречном правцу, значајно повећавајући влажење бочне стране и дубину продирања. Штавише, током целог лево-десног осцилационог циклуса (од Т0 до Т0 + 16 мс), заварени базен-покренут комбинованим ефектима директног зрачења и топлотне проводљивости-превазилази топлотно кашњење и континуирано акумулира топлоту; шири се наизменично ка обе стране у складу са кретањем снопа, на крају успостављајући савршено центросиметричну морфологију.
Ова студија предлаже и систематски потврђује технику ласерског осцилационог заваривања унапред -попуњеног уског{1}}зазора. Свеобухватно анализира механизме помоћу којих ласерска осцилација преобликује унутрашње термодинамичко и флуидно-динамичко понашање ултра-дубоког растопљеног базена, што доводи до следећих кључних закључака: 1. Осцилација нарушава високо концентрисану, једно-дистрибуцију вршне енергије типичну за конвенционалне изворе топлоте, значајно смањујући Ј мм² на 772,9 Ј/мм²). Ова хомогенизација и прерасподела енергије суштински спречава прекомерно уношење топлоте у центар заваривања, док значајно повећава локалну акумулацију топлоте на границама бочних зидова. 2. Интензивни ефекат механичког мешања генерисан параметрима осциловања (фреквенција: 40 Хз; амплитуда: 1,8 мм) успешно превазилази површински притисак мин. десетине протока. Ток растопљеног базена се трансформише из поремећеног, веома склоног-{-искривљеном асиметричном стању у уређени, симетрични и енергични конвективни режим, убрзавајући радијално чишћење и транспорт високо-течног метала на високој температури према обема бочним зидовима{17}} процес дефекта{17} процес за дефект {математички дефект као дефект 1 Мање или једнако 2А/Д Мање или једнако 1,5 (где је А амплитуда осциловања, а Д ширина процепа)-је ригорозно изведено и потврђено. Овај прозор даје изузетну робусност процесу заваривања; унутар овог опсега, процес може ефикасно да прихвати одступања изазвана вибрацијама опреме или грешкама при монтажи, обезбеђујући савршено 100% спајање на бочним зидовима.
