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 קילוואט) ריתוך לייזר אוטוגני עם יתרונות השקיעה בשכבות של ריתוך צר-מילוי מרווח. המחקר חוקר את האינטראקציות התרמופיזיקליות המורכבות בין בריכת הריתוך העמוקה במיוחד (המגיעה ל-15 מ"מ במעבר בודד) לבין דפנות הפער הצרות-, וחושף את המנגנונים שבאמצעותם פרמטרי תנודת לייזר מווסתים את זרימת בריכת הריתוך ואת התנהגות איחוי דופן. בסופו של דבר, שיטה זו השיגה בהצלחה ריתוך ללא פגמים-של לוחות נירוסטה בעובי 70 מ"מ בעובי 316LN, תוך שיפור משמעותי ביעילות הייצור תוך הבטחת איכות גבוהה.
כדי להתגבר על המגבלות הפיזיות של צפייה בבריכת ריתוך בעומק 15 מ"מ בתוך מרווח-צר במיוחד של 2.5 מ"מ, צוות המחקר פיתח בהתאמה אישית-פלטפורמת בדיקה חזותית לצפייה-צדדית (באמצעות מבנה סנדוויץ' מזכוכית GG17) (איור. 1) ושילב טכנולוגיית{{{7} אבקת טונגסטן (Fig tracer tracer). זה אפשר לחוקרים לעקוב בבירור אחר דינמיקת הנוזלים המקרוסקופית והתנהגות ההיתוך החולפת בתוך בריכת הריתוך.
צילומי מיקרו- של חתך מדגימים בבירור את התפקיד הקריטי של משרעת התנודה (איור. 3). ללא תנודה או עם משרעת קטנה (1.2 מ"מ), לא ניתן להעביר חום בצורה יעילה לרוחב, וכתוצאה מכך חוסר-של-היתוך (LOF) בדופן הצדדית שיעור פגמים של עד 37.28%. עם זאת, כאשר משרעת התנודה מותאמת ל-1.8 מ"מ, אנרגיית הלייזר מפוזרת באופן שווה לדפנות; חתך הריתוך- עובר מצורת "ראש{10}}מסמר לצורה "מלבנית" רחבה, ושיעור הפגמים ב-LOF יורד ל-0%.
בריתוך לייזר שאינו-מתנדנד, בריכת הריתוך אינה רק צרה ונתונה לקירור מהיר, אלא שגם חור המנעול הפנימי קיים במצב מאוד לא יציב המאופיין בהתרחבות והתכווצות תכופים. מונעת על ידי מתח פני השטח (אפקט מרנגוני), המתכת המותכת נוטה מאוד לזרימה אסימטרית ומוטה. זרימה חד-צדדית בלתי מבוקרת זו מביאה בסופו של דבר לאיחוי טוב בצד אחד של הריתוך, תוך גורם בהכרח לחוסר- חמור בדופן הצד-פגמי איחוי בצד השני (איור 4).
פרמטרים נמוכים יותר של תנודה מביאים לכניסת חום רוחבית לא מספקת ולזרימת בריכת ריתוך א-סימטרית. כאשר הפרמטרים עוברים אופטימיזציה לאמפליטודה של 1.8 מ"מ ותדר של 40 הרץ, אזור החימום הרוחבי של הלייזר מתרחב ביעילות, מה שגורם לגיאומטריית בריכת הריתוך לעבור מ"צר ועמוק" ל"רחבה ורדודה" (רוחב מוגדל ואורך מופחת). למרות שתנודה בתדירות גבוהה-ת גורמת לנתזים מסוימים, משטר זה משפר משמעותית את היציבות הכוללת של חור המנעול ובריכת הריתוך ומשפר את הרטבת הדופן, בסופו של דבר מבטיח איחוי יעיל בין תפר הריתוך לדפנות הצד (איור. 5).
איור 6 ממחיש בצורה חיה את התפקיד המכריע של משרעת התנודות בשליטה על ההתפתחות הדינמית של מורפולוגיית החתך הצולבת- של בריכת הריתוך לאורך מחזור תנודות שלם. באמפליטודות של תנודות נמוכות, אנרגיית הלייזר המרוכזת מאוד מייצרת בריכת ריתוך חרוטית צרה-; הדפנות מקבלות חום בעיקר באמצעות הולכה תרמית מוגבלת, וכתוצאה מכך הטיה אסימטרית והיעדר-פגמי-היתוך. כאשר משרעת התנודה גדלה, החום מצטבר באופן דינמי בממשק שבין הלוח המוקם- מראש לבין הדפנות, מה שגורם לבסיס בריכת הריתוך להתרחב לצורת U-. תחת משרעת תנודה אופטימלית וגדולה יותר, אנרגיית הלייזר מפוזרת מחדש באופן אחיד בכיוון הרוחבי, מה שמשפר משמעותית את הרטבת דופן הצד ואת עומק החדירה. יתר על כן, לאורך מחזור תנודה שלם של -ימינה (מ-T0 ל-T0 + 16 אלפיות השנייה), בריכת הריתוך- המונעת על ידי ההשפעות המשולבות של הקרנה ישירה והולכה תרמית-מתגברת על פיגור תרמי וצוברת חום ללא הרף; הוא מתרחב לסירוגין לכיוון שני הצדדים בסנכרון עם תנועת הקרן, ובסופו של דבר מבסס מורפולוגיה צנטרוסימטרית מושלמת.
מחקר זה מציע ומאמת באופן שיטתי טכניקת ריתוך לייזר צר-מולא-מראש. הוא מנתח באופן מקיף את המנגנונים שבאמצעותם תנודת הלייזר מעצבת מחדש את ההתנהגויות התרמודינמיות והנוזליות הפנימיות-דינמיות של הבריכה המותכת האולטרה--עמוקה, מה שמוביל למסקנות המפתח הבאות: 1. תנודה משבשת את התפלגות האנרגיה המרוכזת ביותר, יחידה-האופיינית למקורות חום קונבנציונליים/6 מ"מ (שיא צפיפות אנרגיה 7/6 מ"מ משמעותית) ל-772.9 J/mm²). ההומוגניזציה והחלוקה מחדש של האנרגיה מונעים באופן יסודי הזנת חום מופרזת במרכז הריתוך תוך שיפור משמעותי של הצטברות חום מקומית בגבולות הדופן{10}} אפקט הערבול המכני האינטנסיבי שנוצר על ידי פרמטרי התנודה (תדירות: 40 הרץ; משרעת: 1.8 מ"מ) מתגבר בהצלחה על מגבלות הזרימה. זרימת הבריכה המותכת עוברת טרנספורמציה ממצב בלתי מסודר, נוטה מאוד-להטיית-מצב א-סימטרי למצב הסעה מסודר, סימטרי ונמרץ, ומאיץ את הניקוי הרדיאלי וההובלה של מתכת נוזלית-בטמפרטורה גבוהה לכיוון שני הדפנות. 3. תהליך דיכוי מתמטי. 3. חלון דיכוי מתמטי{18} מ-2A/D או שווה ל-2A/D. חלון זה מעניק חוסן יוצא דופן לתהליך הריתוך; בתוך טווח זה, התהליך יכול להכיל ביעילות סטיות הנגרמות על ידי רעידות ציוד או שגיאות הרכבה, ומבטיח איחוי מושלם של 100% בדפנות.
