W badaniu tym systematycznie porównywano zastosowanie konwencjonalnych materiałów LW, OLW i RMOLW na płytach ze stopu tytanu TC4. W badaniu wykorzystano różne metody charakteryzacji, w tym obrazowanie-z szybkich kamer, mikroskopię optyczną (OM), skaningową mikroskopię elektronową (SEM), dyfrakcję elektronowego rozproszenia wstecznego (EBSD) i próbę rozciągania. Wyniki pokazują, że proces RMOLW znacząco poprawia jakość formowania powierzchni spoiny, nie tylko eliminując defekty podcięć, ale także znacznie ograniczając odpryski. Mechanicznie pierścieniowa belka zwiększa obszar otworu na dziurkę od klucza (do 0,76 mm²), a stabilne wiry generowane przez oscylacje belki skutecznie zapobiegają zamykaniu się dziurki od klucza na skutek ściskania stopionego metalu, odcinając w ten sposób źródło odprysków. Jeśli chodzi o mikrostrukturę, proces ten zmniejsza gradient temperatury i szybkość chłodzenia jeziorka, sprzyjając tworzeniu się drobnej morfologii splotu-koszyczkowego w środku spoiny i zwiększając udział granic ziaren-o wysokim kącie (HAGB). Ostatecznie złącza spawane RMOLW zachowują wysoką wytrzymałość na rozciąganie (około 1148,8 MPa), przy jednoczesnym zwiększeniu wydłużenia o 35,2% w porównaniu z konwencjonalnym spawaniem laserowym, uzyskując dobre dopasowanie wytrzymałości i ciągliwości.
Rysunek 1 przedstawia eksperymentalną konfigurację RMOLW. Rdzeń polega na zastosowaniu specjalnych pierścieniowych włókien optycznych, tworzących wiązkę kompozytową składającą się z centralnego rdzenia światłowodowego (100 µm) i rdzenia światłowodowego z pierścieniem zewnętrznym (300 µm). Wiązka ma nie tylko pierścieniowy rozkład energii, ale także wykonuje kołową (spiralną) trajektorię oscylacji poprzez system galwanometru. Celem tego projektu jest jednoczesne wykorzystanie efektu „rozszerzania-dziury” promienia pierścieniowego i efektu „mieszania” w wyniku oscylacji.
Rysunek 1. Schemat ideowy urządzenia do spawania laserowego z oscylacją-w trybie pierścieniowym: (a) zintegrowane wyposażenie eksperymentalne, b) przekrój poprzeczny-włókna, średnica rdzenia i wielkość ogniska, c) rzeczywista trajektoria wiązki laserowej.
Rysunek 2 pokazuje, że krawędź powierzchni LW jest pofalowana, czemu towarzyszy duża ilość odprysków, o przekroju-w kształcie litery „X” i maksymalnej głębokości podcięcia. Krawędź spoiny RMOLW jest prosta i gładka, prawie bez odprysków, z szerokim przekrojem-w kształcie litery „V”-, bardzo małą głębokością podcięcia i płynnym przejściem. Wskazuje to, że rozkład energii RMOLW jest bardziej równomierny, co skutecznie poprawia jakość tworzenia spoiny.
Rysunek 2. Morfologia makroskopowa i morfologia-przekroju złączy: (a, d, g) morfologia spawania próbek do spawania laserowego, (b, e, h) morfologia spawania próbek do spawania laserowego oscylacyjnego, (c, f, i) morfologia spawania próbek do spawania laserowego z oscylacją w trybie pierścieniowym.
Rysunek 3. Przepływ jeziorka i zachowanie otworu dziurki od klucza w różnych warunkach procesu: (a) powstawanie odprysków podczas spawania laserowego (b) wynik oscylacyjnego spawania laserowego w jednym cyklu (c) wynik oscylacyjnego spawania laserowego z pierścieniowym wzorem punktowym w jednym cyklu. Rysunek 4 pokazuje, że LW ma ostro szczytowy rozkład energii Gaussa, z wyjątkowo wysoką energią w środku (407,2 J/mm²), co skutkuje wąskim i głębokim jeziorkiem stopionego. RMOLW charakteryzuje się równomiernym rozkładem energii „płaskim-górnym” (maksymalnie tylko 107,6 J/mm²), przy czym równomierność rozkładu energii jest zwiększona 2,2 razy. To równomierne ogrzewanie zmniejsza podcięcie, dzięki czemu przekrój spoiny-jest szerszy i gładszy.
W badaniu, poprzez analizę porównawczą procesów LW, OLW i RMOLW, wyciągnięto następujące główne wnioski: 1. RMOLW zapobiega zapadaniu się dziurki od klucza poprzez zwiększenie powierzchni otworu dziurki od klucza do 0,76 mm² i wprowadzenie stabilnego wiru, redukując odpryski podczas spawania o 88,6% w porównaniu z konwencjonalnym spawaniem laserowym. 2. Proces RMOLW poprawia równomierność rozkładu energii wiązki 20-krotnie, eliminuje lokalne przegrzania, zmniejsza głębokość podcięcia spoiny o 56,3% i tworzy gładki przekrój-w kształcie litery V-. 3.. Synergia między pierścieniową wiązką a oscylacją zmniejsza gradienty temperatury i szybkość chłodzenia w roztopionym jeziorku, sprzyja tworzeniu-wytrzymałych i wytrzymałych-struktur splotu koszykowego i lamelarnej fazy alfa oraz zmniejsza koncentrację orientacji ziaren. 4. Dzięki tłumieniu podciętych defektów i wzmocnienie mikrostruktury (więcej-większych kątów granic ziaren), wydłużenie złączy RMOLW jest zwiększone o 35,2% w porównaniu z konwencjonalnym spawaniem laserowym, przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości na rozciąganie porównywalnej z materiałem bazowym.
