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 kW) pengelasan laser autogenous dengan keunggulan deposisi berlapis dari pengelasan pengisian celah sempit. Studi ini menyelidiki interaksi termofisik yang kompleks antara kolam las ultra-dalam (mencapai 15 mm dalam satu lintasan) dan dinding samping celah sempit, mengungkap mekanisme parameter osilasi laser yang mengatur aliran kolam las dan perilaku fusi dinding samping. Pada akhirnya, metode ini berhasil mencapai pengelasan-bebas cacat pada pelat baja tahan karat 316LN setebal 70 mm, sehingga secara signifikan meningkatkan efisiensi produksi sekaligus memastikan kualitas tinggi.
Untuk mengatasi keterbatasan fisik dalam mengamati kolam las sedalam 15 mm dalam celah ultra-sempit 2,5 mm, tim peneliti secara khusus-mengembangkan platform inspeksi visual tampilan samping-(memanfaatkan struktur sandwich kaca GG17) (Gbr. 1) dan menggabungkan teknologi partikel pelacak bubuk tungsten (Gbr. 2). Hal ini memungkinkan para peneliti untuk dengan jelas melacak dinamika fluida makroskopik dan perilaku fusi transien di dalam kolam las.
Mikrograf penampang-dengan jelas menunjukkan peran penting amplitudo osilasi (Gambar. 3). Tanpa osilasi atau dengan amplitudo kecil (1,2 mm), panas tidak dapat ditransfer secara efektif secara lateral, sehingga mengakibatkan tingkat kecacatan kekurangan-of-fusi (LOF) dinding samping hingga 37,28%. Namun, ketika amplitudo osilasi dioptimalkan hingga 1,8 mm, energi laser didistribusikan secara merata ke dinding samping; penampang las-bergeser dari bentuk "kepala{10}}paku" ke bentuk "persegi panjang" yang lebar, dan tingkat kerusakan LOF turun menjadi 0%.
Dalam pengelasan laser non-osilasi, kolam las tidak hanya sempit dan mengalami pendinginan cepat, namun lubang kunci internal juga berada dalam kondisi sangat tidak stabil yang ditandai dengan seringnya ekspansi dan kontraksi. Didorong oleh tegangan permukaan (efek Marangoni), logam cair sangat rentan terhadap aliran yang asimetris dan bias. Aliran unilateral yang tidak terkontrol ini pada akhirnya menghasilkan fusi yang baik pada satu sisi las, sekaligus menyebabkan cacat fusi dinding samping yang parah pada sisi lainnya (Gambar 4).
Parameter osilasi yang lebih rendah menghasilkan masukan panas lateral yang tidak mencukupi dan aliran kolam las yang asimetris. Ketika parameter dioptimalkan hingga amplitudo 1,8 mm dan frekuensi 40 Hz, zona pemanasan lateral laser secara efektif meluas, menyebabkan geometri kolam las bergeser dari "sempit dan dalam" ke "lebar dan dangkal" (lebar bertambah dan panjang berkurang). Meskipun osilasi-frekuensi tinggi menyebabkan beberapa percikan, sistem ini secara signifikan meningkatkan stabilitas keseluruhan lubang kunci dan kumpulan las serta meningkatkan pembasahan dinding samping, yang pada akhirnya memastikan fusi efektif antara lapisan las dan dinding samping (Gbr. 5).
Gambar 6 dengan jelas mengilustrasikan peran menentukan amplitudo osilasi dalam mengatur evolusi dinamis morfologi penampang-kolam las sepanjang siklus osilasi lengkap. Pada amplitudo osilasi rendah, energi laser yang sangat terkonsentrasi menghasilkan kolam las berbentuk kerucut-yang sempit; dinding samping menerima panas terutama melalui konduksi termal yang terbatas, sehingga menghasilkan kemiringan yang asimetris dan kurangnya-cacat fusi. Ketika amplitudo osilasi meningkat, panas terakumulasi secara dinamis pada antarmuka antara pelat yang telah dipasang sebelumnya dan dinding samping, menyebabkan dasar kolam las melebar menjadi bentuk U-. Di bawah amplitudo osilasi yang lebih besar dan dioptimalkan, energi laser didistribusikan kembali secara seragam dalam arah melintang, sehingga secara signifikan meningkatkan pembasahan dinding samping dan kedalaman penetrasi. Selain itu, sepanjang siklus osilasi kiri-kanan (dari T0 hingga T0 + 16 ms), kolam las-digerakkan oleh efek gabungan iradiasi langsung dan konduksi termal-mengatasi jeda termal dan terus mengakumulasi panas; ia mengembang secara bergantian ke arah kedua sisi selaras dengan pergerakan berkas, yang pada akhirnya membentuk morfologi sentrosimetri sempurna.
Studi ini mengusulkan dan memvalidasi secara sistematis teknik pengelasan osilasi laser celah sempit yang telah diisi sebelumnya. Laporan ini menganalisis secara komprehensif mekanisme osilasi laser yang membentuk kembali perilaku termodinamika dan-dinamik fluida internal dari kolam lelehan ultra-dalam, sehingga menghasilkan kesimpulan penting berikut: 1. Osilasi mengganggu distribusi energi puncak-tunggal yang sangat terkonsentrasi yang khas dari sumber panas konvensional, sehingga secara signifikan mengurangi kepadatan energi puncak (dari 1067 J/mm² menjadi 772,9 J/mm²). Homogenisasi dan redistribusi energi ini pada dasarnya mencegah masukan panas berlebihan di pusat pengelasan sekaligus meningkatkan akumulasi panas lokal pada batas dinding samping secara substansial.. 2. Efek pengadukan mekanis yang intens yang dihasilkan oleh parameter osilasi (frekuensi: 40 Hz; amplitudo: 1,8 mm) berhasil mengatasi kendala aliran yang didominasi oleh tegangan permukaan. Aliran kolam leleh diubah dari kondisi yang tidak teratur, sangat rentan-hingga-asimetris miring menjadi mode konvektif yang teratur, simetris, dan kuat, mempercepat gerusan radial dan pengangkutan logam cair-bersuhu tinggi menuju kedua dinding samping. 3. Jendela proses matematis untuk penekanan cacat-didefinisikan sebagai 1 Kurang dari atau sama dengan 2A/D Kurang dari atau sama dengan 1.5 (dengan A adalah amplitudo osilasi dan D adalah lebar celah)-telah diperoleh dan divalidasi secara cermat. Jendela ini memberikan ketahanan luar biasa pada proses pengelasan; dalam kisaran ini, proses tersebut dapat secara efektif mengakomodasi penyimpangan yang disebabkan oleh getaran peralatan atau kesalahan perakitan, memastikan fusi sempurna 100% pada dinding samping.
