Това проучване систематично сравнява приложението на конвенционалните LW, OLW и RMOLW върху плочи от титанова сплав TC4. Изследването използва различни методи за характеризиране, включително изображения с високо-камера, оптична микроскопия (OM), сканираща електронна микроскопия (SEM), дифракция на обратно разсейване на електрони (EBSD) и изпитване на опън. Резултатите показват, че процесът RMOLW значително подобрява качеството на образуване на повърхността на заваръчния шев, като не само елиминира дефектите на подрязването, но и значително намалява разпръскването. Механично, пръстеновидният лъч разширява зоната на отвора на ключалката (до 0,76 mm²) и стабилните вихри, генерирани от трептене на лъча, ефективно предотвратяват затварянето на отвора на ключалката поради компресия на разтопен метал, като по този начин прекъсват източника на пръски. По отношение на микроструктурата, този процес намалява градиента на температурата и скоростта на охлаждане на разтопената вана, като насърчава образуването на фина морфология на кошничка-тъкачка в центъра на заваръчния шев и увеличава дела на високо-ъглови граници на зърната (HAGB). В крайна сметка заварените съединения RMOLW поддържат висока якост на опън (около 1148,8 MPa), докато удължението е увеличено с 35,2% в сравнение с конвенционалното лазерно заваряване, като се постига добро съвпадение на якост и пластичност.
Фигура 1 показва експерименталната настройка на RMOLW. Ядрото се състои в използването на специални пръстеновидни оптични влакна, произвеждащи композитен лъч, състоящ се от централно влакнесто ядро (100 µm) и външно пръстеновидно влакнесто ядро (300 µm). Лъчът не само има пръстеновидно разпределение на енергията, но също така изпълнява кръгова (спирална) траектория на трептене чрез галванометърна система. Този дизайн има за цел да използва едновременно ефекта на „разширяването на дупката-“ на пръстеновидния лъч и ефекта на „разбъркване“ на трептенето.
Фигура 1. Схематична диаграма на лазерно заваръчно устройство с осцилиращ-режим пръстен: (a) интегрирано експериментално оборудване (b) напречно-сечение на влакното, диаметър на сърцевината и размер на фокусната точка (c) действителна траектория на лазерния лъч.
Фигура 2 показва, че ръбът на повърхността на LW е вълнообразен, придружен от голямо количество пръски, с напречно-сечение във форма на „X“ и максимална дълбочина на подрязване. Заваръчният ръб на RMOLW е прав и гладък, почти без пръски, с широко „V“-образно напречно-сечение, много ниска дълбочина на подрязване и плавен преход. Това показва, че разпределението на енергията на RMOLW е по-равномерно, което ефективно подобрява качеството на заваряване.
Фигура 2. Макроскопска морфология и морфология на напречното{1}}сечение на съединения: (a, d, g) морфология на заваряване на проби за лазерно заваряване, (b, e, h) морфология на заваряване на проби за осцилиращо лазерно заваряване, (c, f, i) морфология на заваряване на проби за осцилиращо лазерно заваряване в пръстеновиден режим.
Фигура 3. Поток на разтопен басейн и поведение при отваряне на ключалката при различни условия на процеса: (a) генериране на пръски по време на лазерно заваряване (b) резултат от осцилиращо лазерно заваряване в рамките на един цикъл (c) резултат от осцилиращо лазерно заваряване с пръстеновиден точков модел в рамките на един цикъл. Фигура 4 показва, че LW има рязко пиково разпределение на енергията на Гаус, с изключително висока енергия в центъра (407,2 J/mm²), което води до тесен и дълбок разтопен басейн. RMOLW показва равномерно разпределение на енергията с „плосък връх“ (максимум само 107,6 J/mm²), като равномерността на разпределението на енергията е увеличена с 2,2 пъти. Това равномерно нагряване намалява подрязването, правейки напречното-сечение на заваръчния шев по-широко и гладко.
Проучването, чрез сравнителен анализ на процесите LW, OLW и RMOLW, стигна до следните основни заключения: 1. RMOLW предотвратява пропадането на ключалката чрез разширяване на площта на отвора на ключалката до 0,76 mm² и въвеждане на стабилен вихър, намалявайки разпръскването по време на заваряване с 88,6% в сравнение с конвенционалното лазерно заваряване. 2. Процесът RMOLW подобрява разпределението на енергията на лъча равномерност с 20 пъти, елиминира локално прегряване, намалява дълбочината на подрязване на заваръчния шев с 56,3% и образува гладко V-образно напречно-сечение. 3. Синергията между пръстеновидната греда и трептенията намалява температурните градиенти и скоростите на охлаждане в разтопения басейн, насърчава образуването на висока-здравост и здрави кошни-плетени структури и ламеларна алфа фаза и намалява концентрацията на ориентация на зърното. 4. Благодарение на потискането на дефектите на подрязване и укрепването на микроструктурата (по-висок{13}}граници на зърното), удължението на RMOLW съединенията се увеличава с 35,2% в сравнение с конвенционалното лазерно заваряване, като същевременно се поддържа висока якост на опън, сравнима с основния материал.
