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) soldadura per làser autògena amb els avantatges de deposició en capes de la soldadura d'ompliment de buits estrets-. L'estudi investiga les complexes interaccions termofísiques entre la piscina de soldadura ultra-profunda (arriba a 15 mm en una sola passada) i les parets laterals de buit- estret, revelant els mecanismes pels quals els paràmetres d'oscil·lació làser regulen el flux de la piscina de soldadura i el comportament de la fusió de la paret lateral. En última instància, aquest mètode va aconseguir amb èxit la soldadura-sense defectes de plaques d'acer inoxidable 316LN de 70 mm de gruix, millorant significativament l'eficiència de producció alhora que assegurava una alta qualitat.
Per superar les limitacions físiques d'observar una piscina de soldadura de 15 mm de profunditat dins d'un buit ultra-de 2,5 mm, l'equip d'investigació personalitzat-va desenvolupar una plataforma d'inspecció visual de visió lateral- (utilitzant una estructura sandvitx de vidre GG17) (Fig. 1) i va incorporar tecnologia de pols de traçador de figura . 2). Això va permetre als investigadors fer un seguiment clar de la dinàmica de fluids macroscòpica i el comportament de la fusió transitòria dins del grup de soldadura.
Les-micrografies de secció transversal demostren clarament el paper crític de l'amplitud de l'oscil·lació (Fig. 3). Sense oscil·lació o amb una amplitud petita (1,2 mm), la calor no es pot transferir eficaçment lateralment, donant lloc a una taxa de defectes de manca-de-fusió (LOF) de la paret lateral de fins al 37,28%. Tanmateix, quan l'amplitud d'oscil·lació s'optimitza a 1,8 mm, l'energia làser es distribueix uniformement a les parets laterals; la secció transversal-de la soldadura passa d'una forma de "cap-clau" a una forma "rectangular" àmplia i la taxa de defectes LOF baixa al 0%.
En la soldadura làser no-oscil·lant, el conjunt de soldadura no només és estret i subjecte a un refredament ràpid, sinó que el forat intern també existeix en un estat altament inestable caracteritzat per una expansió i contracció freqüents. Impulsat per la tensió superficial (l'efecte Marangoni), el metall fos és molt propens al flux asimètric i esbiaixat. Aquest flux unilateral incontrolat, finalment, dóna lloc a una bona fusió en un costat de la soldadura, mentre que inevitablement provoca una falta greu de la paret lateral-de-defectes de fusió a l'altre (figura 4).
Els paràmetres d'oscil·lació més baixos donen lloc a una entrada de calor lateral insuficient i un flux asimètric de la piscina de soldadura. Quan els paràmetres s'optimitzen a una amplitud d'1,8 mm i una freqüència de 40 Hz, la zona d'escalfament lateral del làser s'expandeix efectivament, fent que la geometria de la piscina de soldadura canviï de "estreta i profunda" a "ample i poc profund" (augment d'amplada i longitud reduïda). Tot i que l'oscil·lació d'alta -freqüència indueix algunes esquitxades, aquest règim millora significativament l'estabilitat general del forat de la pany i de la piscina de soldadura i millora la humectació de les parets laterals, assegurant en última instància una fusió eficaç entre la soldadura i les parets laterals (Fig. 5).
La figura 6 il·lustra de manera vívida el paper decisiu de l'amplitud de l'oscil·lació a l'hora de governar l'evolució dinàmica de la morfologia de la secció transversal-del grup de soldadura al llarg d'un cicle d'oscil·lació complet. A baixes amplituds d'oscil·lació, l'energia làser altament concentrada produeix un conjunt de soldadura cònic-de fons estret; les parets laterals reben calor principalment mitjançant una conducció tèrmica limitada, donant lloc a una inclinació asimètrica i una manca-de-defectes de fusió. A mesura que augmenta l'amplitud de l'oscil·lació, la calor s'acumula dinàmicament a la interfície entre la placa pre-col·locada i les parets laterals, fent que la base del conjunt de soldadura s'eixampla en forma d'U-. Sota una amplitud d'oscil·lació optimitzada i més gran, l'energia làser es redistribueix uniformement en la direcció transversal, millorant significativament la humectació de la paret lateral i la profunditat de penetració. A més, al llarg d'un cicle complet d'oscil·lació esquerra-dreta (de T0 a T0 + 16 ms), el conjunt de soldadura-impulsat pels efectes combinats de la irradiació directa i la conducció tèrmica-supera el retard tèrmic i acumula calor contínuament; s'expandeix alternativament cap als dos costats en sincronia amb el moviment del feix, establint finalment una morfologia perfectament centrosimètrica.
Aquest estudi proposa i valida sistemàticament una tècnica de soldadura per làser per oscil·lació de buit-preempltat-. Analitza de manera exhaustiva els mecanismes pels quals l'oscil·lació làser remodela els comportaments termodinàmics i fluids-dinàmics interns de la piscina fosa ultra-profunda, donant lloc a les següents conclusions clau: 1. L'oscil·lació altera la distribució d'energia altament concentrada i únic-pic típica de les fonts de calor convencionals, reduint significativament la densitat d'energia màxima fins a 2067/2067/1097/2000. J/mm²). Aquesta homogeneïtzació i redistribució de l'energia impedeix fonamentalment l'entrada excessiva de calor al centre de soldadura alhora que millora substancialment l'acumulació de calor local als límits de la paret lateral. 2. L'intens efecte d'agitació mecànica generat pels paràmetres d'oscil·lació (freqüència: 40 Hz; amplitud: 1,8 mm) supera amb èxit les restriccions de flux dominades per la tensió superficial. El flux de la piscina fosa es transforma d'un estat asimètric desordenat, altament propens-a-essímetre a un mode convectiu ordenat, simètric i vigorós, accelerant el fregat radial i el transport de metall líquid d'alta-temperatura cap a les dues parets laterals. 3. Una finestra de supressió matemàtica{1{17}1{17}defectuosa. Menys o igual a 2A/D Menys o igual a 1,5 (on A és l'amplitud de l'oscil·lació i D és l'amplada de l'espai)-es va derivar i validar amb rigor. Aquesta finestra confereix una robustesa excepcional al procés de soldadura; dins d'aquest rang, el procés pot adaptar-se eficaçment a les desviacions causades per vibracions de l'equip o errors de muntatge, assegurant una fusió perfecta al 100% a les parets laterals.
