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) autogeninis lazerinis suvirinimas su sluoksninio nusodinimo pranašumais, naudojant siauro -tarpo užpildymo suvirinimą. Tyrimas tiria sudėtingas termofizines sąveikas tarp ypač gilaus suvirinimo baseino (vienu praėjimu pasiekia 15 mm) ir siauro tarpo šoninių sienelių, atskleidžiančius mechanizmus, kuriais lazerio virpesių parametrai reguliuoja suvirinimo baseino srautą ir šoninės sienelės susiliejimą. Galiausiai šiuo metodu sėkmingai pavyko suvirinti 70 mm storio 316LN nerūdijančio plieno plokštes be defektų, o tai žymiai padidino gamybos efektyvumą ir užtikrina aukštą kokybę.
Siekdama įveikti fizinius apribojimus, susijusius su 15 mm gylio suvirinimo baseino stebėjimu itin siaurame 2,5 mm tarpelyje, tyrėjų komanda pagal užsakymą -sukūrė šoninio-apžiūros platformą (naudojant GG17 stiklo sumuštinio struktūrą) (pav Tai leido tyrėjams aiškiai stebėti makroskopinio skysčio dinamiką ir trumpalaikį sintezės elgesį suvirinimo baseine.
Skers{0}}pjūvio mikrografijos aiškiai parodo esminį virpesių amplitudės vaidmenį (. 3 pav.). Be svyravimų arba esant mažai amplitudei (1,2 mm), šiluma negali būti veiksmingai perkelta į šoną, todėl šoninės sienelės -susiliejimo -trūkumo (LOF) defektų dažnis siekia iki 37,28 %. Tačiau optimizavus virpesių amplitudę iki 1,8 mm, lazerio energija tolygiai paskirstoma šoninėms sienelėms; suvirinimo skerspjūvis pasislenka iš „nago galvutės“ formos į plačią „stačiakampio“ formą, o LOF defektų lygis sumažėja iki 0 %.
Atliekant ne-svyruojantį lazerinį suvirinimą, suvirinimo baseinas yra ne tik siauras ir greitai aušinamas, bet ir vidinė rakto skylutė yra labai nestabilios būsenos, kuriai būdingas dažnas plėtimasis ir susitraukimas. Paviršiaus įtempimo (Marangoni efekto) veikiamas išlydytas metalas yra labai linkęs į asimetrinį, šališką srautą. Dėl šio nekontroliuojamo vienpusio srauto vienoje suvirinimo siūlės pusėje susidaro geras suliejimas, o kitoje pusėje neišvengiamai atsiranda didelių šoninių sienelių -sulydymo defektų-trūkumo (4 pav.).
Mažesni virpesių parametrai lemia nepakankamą šoninį šilumos tiekimą ir asimetrinį suvirinimo baseino srautą. Kai parametrai optimizuojami iki 1,8 mm amplitudės ir 40 Hz dažnio, lazerio šoninė šildymo zona efektyviai plečiasi, todėl suvirinimo baseino geometrija pasikeičia iš „siauros ir gilios“ į „platų ir seklią“ (padidėjęs plotis ir sumažintas ilgis). Nors aukšto -dažnio svyravimai sukelia purslų, šis režimas žymiai padidina bendrą rakto skylutės ir suvirinimo baseino stabilumą ir pagerina šoninių sienelių drėkinimą, galiausiai užtikrindamas veiksmingą suvirinimo siūlės ir šoninių sienelių susiliejimą (. 5 pav.).
6 paveikslas vaizdžiai iliustruoja lemiamą virpesių amplitudės vaidmenį valdant dinaminę suvirinimo vonelės skerspjūvio morfologijos raidą per visą virpesių ciklą. Esant mažoms virpesių amplitudėms, labai koncentruota lazerio energija sukuria siaurą -dugnį kūginį suvirinimo baseiną; šoninės sienelės pirmiausia gauna šilumą dėl riboto šilumos laidumo, todėl atsiranda asimetrinis posvyris ir nėra -susiliejimo defektų. Didėjant virpesių amplitudei, šiluma dinamiškai kaupiasi sąsajoje tarp iš anksto-padėtos plokštės ir šoninių sienelių, todėl suvirinimo baseino pagrindas išplatėja į U-formą. Esant optimizuotai didesnei virpesių amplitudei, lazerio energija tolygiai paskirstoma skersine kryptimi, žymiai padidindama šoninės sienelės drėkinimą ir įsiskverbimo gylį. Be to, per visą kairįjį -dešinįjį virpesių ciklą (nuo T0 iki T0 + 16 ms) suvirinimo baseinas,-kuriamas dėl bendro tiesioginio švitinimo ir šilumos laidumo,{15}}įveikia šiluminį atsilikimą ir nuolat kaupia šilumą; jis plečiasi pakaitomis į abi puses sinchronizuodamas su spindulio judėjimu, galiausiai sukurdamas tobulai centrosimetrišką morfologiją.
Šiame tyrime siūloma ir sistemingai patvirtinama iš anksto-užpildyta siauro tarpo-suvirinimo lazeriu technika. Jame išsamiai analizuojami mechanizmai, kuriais lazerio virpesiai keičia vidinę termodinaminę ir skysčių -dinaminę itin gilaus išlydyto baseino -elgseną, todėl daromos šios pagrindinės išvados: 1. Virpesiai sutrikdo labai koncentruotą, vienos -smailės energijos pasiskirstymą, būdingą įprastiems šilumos šaltiniams, žymiai sumažindami energijos tankį nuo J2/7 mm iki 7 mm. J/mm²). Šis energijos homogenizavimas ir perskirstymas iš esmės apsaugo nuo per didelio šilumos patekimo į suvirinimo centrą, tuo pačiu žymiai padidindamas vietinį šilumos kaupimąsi prie šoninių sienelių ribų. 2. Intensyvus mechaninis maišymo efektas, kurį sukuria svyravimo parametrai (dažnis: 40 Hz; amplitudė: 1,8 mm srauto ribojimas). Išlydyto baseino srautas paverčiamas iš netvarkingos, labai linkusios-į-kreipti asimetrinę būseną į tvarkingą, simetrišką ir energingą konvekcinį režimą, pagreitindamas radialinį šveitimą ir aukštos temperatūros skysto metalo transportavimą link abiejų šoninių sienelių, kad būtų pažeistas langas{17}} slopinimas-apibrėžtas kaip 1 Mažiau arba lygus 2A/D Mažiau arba lygus 1,5 (kur A yra virpesių amplitudė, o D yra tarpo plotis)-buvo griežtai nustatytas ir patvirtintas. Šis langas suvirinimo procesui suteikia išskirtinio tvirtumo; Šiame diapazone procesas gali veiksmingai prisitaikyti prie nukrypimų, atsirandančių dėl įrangos vibracijos ar surinkimo klaidų, užtikrinant puikų 100% susiliejimą prie šonų.
