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 (>การเชื่อมด้วยเลเซอร์อัตโนมัติขนาด 10 kW) พร้อมข้อดีของการสะสมหลายชั้นของการเชื่อมเติมช่องว่างแคบ- การศึกษานี้จะตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ทางอุณหฟิสิกส์ที่ซับซ้อนระหว่างสระเชื่อมลึกพิเศษ- (สูงถึง 15 มม. ในครั้งเดียว) และผนังด้านข้างที่มีช่องว่างแคบ- ซึ่งเผยให้เห็นกลไกที่พารามิเตอร์การสั่นด้วยเลเซอร์ควบคุมการไหลของสระเชื่อมและพฤติกรรมการหลอมรวมของผนังแก้ม ท้ายที่สุดแล้ว วิธีการนี้ประสบความสำเร็จในการเชื่อมแผ่นสแตนเลส 316LN หนา 70 มม. โดยไม่มีข้อบกพร่อง{7}} ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมากในขณะเดียวกันก็รับประกันคุณภาพสูง
เพื่อเอาชนะข้อจำกัดทางกายภาพของการสังเกตสระเชื่อมลึก 15 มม. ภายในช่องว่างพิเศษ-แคบพิเศษ 2.5 มม. ทีมวิจัยได้ออกแบบเอง-ได้พัฒนา-แพลตฟอร์มการตรวจสอบด้วยภาพด้านข้าง (ใช้โครงสร้างแซนด์วิชแก้ว GG17) (รูปที่. 1) และรวมเทคโนโลยีอนุภาคตัวตามรอยผงทังสเตน (รูปที่. 2) สิ่งนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถติดตามไดนามิกของไหลในระดับมหภาคและพฤติกรรมฟิวชั่นชั่วคราวภายในสระเชื่อมได้อย่างชัดเจน
ภาพตัดขวาง-ไมโครกราฟแบบตัดขวางแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงบทบาทที่สำคัญของแอมพลิจูดของการแกว่ง (รูปที่. 3) หากไม่มีการสั่นหรือมีแอมพลิจูดเล็กน้อย (1.2 มม.) ความร้อนจะไม่สามารถถ่ายเทจากด้านข้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้ผนังแก้มยางขาด-อัตราข้อบกพร่องของฟิวชัน (LOF) สูงถึง 37.28% อย่างไรก็ตาม เมื่อแอมพลิจูดของการสั่นถูกปรับให้เหมาะสมเป็น 1.8 มม. พลังงานเลเซอร์จะถูกกระจายไปยังผนังด้านข้างอย่างสม่ำเสมอ หน้าตัดของการเชื่อม-จะเปลี่ยนจากรูปร่าง "ตะปู{-หัว" ไปเป็นรูปร่าง "สี่เหลี่ยม" กว้าง และอัตราข้อบกพร่องของ LOF จะลดลงเหลือ 0%
ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบไม่- สระการเชื่อมไม่เพียงแต่แคบและต้องระบายความร้อนอย่างรวดเร็วเท่านั้น แต่รูกุญแจภายในยังอยู่ในสถานะที่ไม่เสถียรสูงซึ่งมีการขยายตัวและการหดตัวบ่อยครั้ง เนื่องจากแรงตึงผิว (เอฟเฟกต์ Marangoni) ทำให้โลหะหลอมเหลวมีแนวโน้มสูงที่จะเกิดการไหลที่ไม่สมดุลและเอนเอียง การไหลด้านเดียวที่ไม่สามารถควบคุมได้ในที่สุดส่งผลให้เกิดการหลอมรวมที่ดีที่ด้านหนึ่งของการเชื่อม ขณะเดียวกันก็ทำให้เกิดข้อบกพร่องในการหลอมรวม-ของ-อีกด้านหนึ่งอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ (รูปที่ 4)
พารามิเตอร์การสั่นที่ต่ำกว่าส่งผลให้อินพุตความร้อนด้านข้างไม่เพียงพอและการไหลของแนวเชื่อมไม่สมมาตร เมื่อพารามิเตอร์ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับแอมพลิจูด 1.8 มม. และความถี่ 40 เฮิรตซ์ โซนการให้ความร้อนด้านข้างของเลเซอร์จะขยายอย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้รูปทรงของรอยเชื่อมเปลี่ยนจาก "แคบและลึก" เป็น "กว้างและตื้น" (เพิ่มความกว้างและความยาวลดลง) แม้ว่าการสั่นของความถี่สูง-จะทำให้เกิดการกระเด็นบางส่วน แต่รูปแบบนี้ช่วยเพิ่มความเสถียรโดยรวมของรูกุญแจและสระเชื่อมได้อย่างมีนัยสำคัญ และปรับปรุงการเปียกของแก้มยาง ในท้ายที่สุดทำให้มั่นใจได้ถึงการหลอมรวมที่มีประสิทธิภาพระหว่างรอยเชื่อมและผนังแก้ม (รูปที่. 5)
รูปที่ 6 แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงบทบาทชี้ขาดของแอมพลิจูดของการแกว่งในการควบคุมวิวัฒนาการแบบไดนามิกของสัณฐานวิทยาหน้าตัด-ของสระเชื่อมตลอดวงจรการแกว่งที่สมบูรณ์ ที่แอมพลิจูดของการสั่นต่ำ พลังงานเลเซอร์ที่มีความเข้มข้นสูงจะสร้างสระเชื่อมที่มีก้นกรวยแคบ- แก้มยางได้รับความร้อนเป็นหลักโดยการนำความร้อนที่จำกัด ส่งผลให้เกิดการเอียงที่ไม่สมมาตรและขาด-ข้อบกพร่อง-การหลอมรวม เมื่อแอมพลิจูดของการสั่นเพิ่มขึ้น ความร้อนจะสะสมแบบไดนามิกที่ส่วนต่อประสานระหว่างแผ่นเพลตที่วางไว้ล่วงหน้า-กับผนังด้านข้าง ส่งผลให้ฐานของสระเชื่อมกว้างขึ้นเป็นรูปตัว U- ภายใต้แอมพลิจูดของการแกว่งที่ใหญ่ขึ้นที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม พลังงานเลเซอร์จะถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอในทิศทางตามขวาง ช่วยเพิ่มความลึกของการเจาะผนังแก้มยางและความลึกของการเจาะได้อย่างมาก นอกจากนี้ ตลอด-วงจรการแกว่งไปทางซ้ายโดยสมบูรณ์ (จาก T0 ถึง T0 + 16 ms) สระเชื่อม-ซึ่งขับเคลื่อนโดยผลรวมของการฉายรังสีโดยตรงและการนำความร้อน-จะเอาชนะความล่าช้าด้านความร้อนและสะสมความร้อนอย่างต่อเนื่อง มันขยายสลับกันไปทั้งสองด้านโดยสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของลำแสง ทำให้เกิดสัณฐานวิทยาแบบเซนโตรสมมาตรที่สมบูรณ์แบบในท้ายที่สุด
การศึกษานี้เสนอและตรวจสอบอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับเทคนิคการเชื่อมด้วยเลเซอร์ออสซิลเลชันช่องว่าง-ที่เติมแคบ-ไว้ล่วงหน้า โดยจะวิเคราะห์กลไกอย่างครอบคลุมโดยที่การแกว่งของเลเซอร์จะปรับเปลี่ยนพฤติกรรมทางอุณหพลศาสตร์และของไหล-ภายในของบ่อหลอมเหลวลึกพิเศษ- ซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปที่สำคัญต่อไปนี้: 1. การแกว่งจะขัดขวางการกระจายพลังงานสูงสุดที่มีความเข้มข้นสูง-จุดเดียวตามแบบฉบับของแหล่งความร้อนทั่วไป ซึ่งช่วยลดความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดลงได้อย่างมาก (จาก 1,067 J/mm² ถึง 772.9 J/mm²) การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและการกระจายพลังงานโดยพื้นฐานจะป้องกันการป้อนความร้อนมากเกินไปที่จุดศูนย์กลางการเชื่อม ขณะเดียวกันก็เพิ่มการสะสมความร้อนเฉพาะที่ขอบเขตของผนังด้านข้างเพิ่มขึ้นอย่างมาก. 2. ผลกระทบจากการกวนเชิงกลที่รุนแรงซึ่งเกิดจากพารามิเตอร์การสั่น (ความถี่: 40 เฮิรตซ์; แอมพลิจูด: 1.8 มม.) เอาชนะข้อจำกัดการไหลที่ถูกครอบงำโดยแรงตึงผิวได้สำเร็จ การไหลของสระหลอมเหลวเปลี่ยนจากสถานะที่ไม่เป็นระเบียบ มีแนวโน้มสูง-ถึง-การเอียงไม่สมมาตรไปเป็นโหมดการพาความร้อนที่เป็นระเบียบ สมมาตร และมีพลัง โดยเร่งการกำจัดสิ่งสกปรกในแนวรัศมีและการเคลื่อนย้าย-โลหะเหลวอุณหภูมิสูงไปยังผนังทั้งสองข้าง. 3. หน้าต่างกระบวนการทางคณิตศาสตร์สำหรับการปราบปรามข้อบกพร่อง-ซึ่งกำหนดเป็น 1 น้อยกว่า หรือเท่ากับ 2A/D น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1.5 (โดยที่ A คือแอมพลิจูดของการแกว่ง และ D คือความกว้างของช่องว่าง)-ได้รับมาและตรวจสอบอย่างเข้มงวด หน้าต่างนี้ให้ความแข็งแกร่งเป็นพิเศษแก่กระบวนการเชื่อม ภายในช่วงนี้ กระบวนการสามารถรองรับความเบี่ยงเบนที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของอุปกรณ์หรือข้อผิดพลาดในการประกอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ว่าจะเกิดการหลอมรวมที่ผนังด้านข้างได้อย่างสมบูรณ์แบบ 100%
