Denna studie jämförde systematiskt tillämpningen av konventionella LW, OLW och RMOLW på TC4 titanlegeringsplåtar. Forskningen använde olika karaktäriseringsmetoder inklusive höghastighetskameraavbildning, optisk mikroskopi (OM), svepelektronmikroskopi (SEM), elektronbackscatter-diffraktion (EBSD) och dragtestning. Resultaten visar att RMOLW-processen avsevärt förbättrar svetsens ytbildningskvalitet, inte bara eliminerar underskärningsdefekter utan också avsevärt minskar stänk. Mekanistiskt expanderar den ringformade balken nyckelhålets öppningsarea (upp till 0,76 mm²), och de stabila virvlarna som genereras av stråloscillation förhindrar effektivt nyckelhålet från att stänga på grund av smält metallkompression, och skär därmed av källan till stänk. När det gäller mikrostruktur minskar denna process temperaturgradienten och kylningshastigheten för den smälta poolen, vilket främjar bildandet av fin korgvävsmorfologi i svetscentrum och ökar andelen hög-korngränser (HAGB). I slutändan bibehåller de svetsade RMOLW-fogarna hög draghållfasthet (cirka 1148,8 MPa), medan töjningen ökar med 35,2 % jämfört med konventionell lasersvetsning, vilket ger en bra matchning av styrka och duktilitet.
Figur 1 visar den experimentella uppställningen av RMOLW. Kärnan ligger i användningen av speciella ringformiga optiska fibrer, som producerar en kompositstråle bestående av en central fiberkärna (100 µm) och en yttre ringfiberkärna (300 µm). Strålen har inte bara en ringformig energifördelning utan utför också en cirkulär (spiral) oscillationsbana genom ett galvanometersystem. Denna design syftar till att samtidigt använda den "hål-expanderande" effekten av den ringformade strålen och den "omrörande" effekten av oscillationen.
Figur 1. Schematiskt diagram av den oscillerande lasersvetsanordningen i ring-läge: (a) integrerad experimentell utrustning (b) fibertvärsnitt, kärndiameter och brännpunktsstorlek (c) faktisk bana för laserstrålen.
Figur 2 visar att LW-ytans kant är vågig, åtföljd av en stor mängd stänk, med ett tvärsnitt i en "X"-form och det maximala underskärningsdjupet. RMOLW-svetskanten är rak och slät, nästan utan stänk, ett brett 'V'--format tvärsnitt-, mycket lågt underskärningsdjup och en mjuk övergång. Detta indikerar att energifördelningen för RMOLW är mer enhetlig, vilket effektivt förbättrar svetsformningskvaliteten.
Figur 2. Makroskopisk morfologi och tvärsnittsmorfologi för fogar: (a, d, g) svetsmorfologi för lasersvetsprover, (b, e, h) svetsmorfologi för oscillerande lasersvetsprover, (c, f, i) svetsmorfologi för oscillerande lasersvetsprov i ringform.
Figur 3. Smält bassängflöde och nyckelhålsöppningsbeteende under olika processförhållanden: (a) generering av stänk under lasersvetsning (b) resultat av oscillerande lasersvetsning inom en cykel (c) resultat av oscillerande lasersvetsning med ett ringformigt punktmönster inom en cykel. Figur 4 visar att LW har en skarpt toppad Gaussisk energifördelning, med extremt hög energi i mitten (407,2 J/mm²), vilket resulterar i en smal och djup smältbassäng. RMOLW uppvisar en "flat-top" enhetlig energifördelning (max endast 107,6 J/mm²), med enhetligheten i energifördelningen ökad med 2,2 gånger. Denna enhetliga uppvärmning minskar underskärningen, vilket gör svetstvärsnittet bredare och jämnare.
Studien, genom en jämförande analys av LW-, OLW- och RMOLW-processerna, nådde följande huvudslutsatser: 1. RMOLW förhindrar nyckelhålskollaps genom att utöka nyckelhålets öppningsarea till 0,76 mm² och introducera en stabil virvel, vilket minskar stänk under svetsning med 88,6 % jämfört med konventionell laserstrålesvetsning av OL. 20 gånger, eliminerar lokal överhettning, minskar svetsunderskärningsdjupet med 56,3 % och bildar ett slätt -V-format-tvärsnitt. 3. Synergin mellan den ringformade strålen och oscillationen minskar temperaturgradienter och kylningshastigheter i den smälta poolen, främjar bildningen av hög{1} basketve{1}- och höghållfast{1}struktur och lamellär alfafas, och minskar koncentrationen av kornorientering. 4. Tack vare undertryckandet av underskärningsdefekter och förstärkningen av mikrostrukturen (mer hög-vinkelkorngränser) ökar förlängningen av RMOLW-fogarna med 35,2 % jämfört med konventionell lasersvetsning, samtidigt som materialet är jämförbart med draghållfastheten.
