In deze studie werd systematisch de toepassing van conventionele LW, OLW en RMOLW op TC4-platen van titaniumlegering vergeleken. Bij het onderzoek werd gebruik gemaakt van verschillende karakteriseringsmethoden, waaronder beeldvorming met hoge-snelheidscamera's, optische microscopie (OM), scanning-elektronenmicroscopie (SEM), elektronen-terugverstrooiingsdiffractie (EBSD) en trekproeven. De resultaten laten zien dat het RMOLW-proces de kwaliteit van de oppervlaktevorming van de las aanzienlijk verbetert, waardoor niet alleen ondersnijdingsdefecten worden geëlimineerd, maar ook spatten aanzienlijk worden verminderd. Mechanisch vergroot de ringvormige balk het sleutelgatopeningsgebied (tot 0,76 mm²), en de stabiele wervelingen die worden gegenereerd door de oscillatie van de straal voorkomen effectief dat het sleutelgat sluit als gevolg van de compressie van gesmolten metaal, waardoor de bron van spatten wordt afgesloten. In termen van microstructuur vermindert dit proces de temperatuurgradiënt en de afkoelsnelheid van het gesmolten zwembad, waardoor de vorming van een fijne mandweefselmorfologie in het lascentrum wordt bevorderd en het aandeel korrelgrenzen met hoge hoeken (HAGB) wordt vergroot. Uiteindelijk behouden de RMOLW-lasverbindingen een hoge treksterkte (ongeveer 1148,8 MPa), terwijl de rek met 35,2% toeneemt in vergelijking met conventioneel laserlassen, waardoor een goede match tussen sterkte en ductiliteit wordt bereikt.
Figuur 1 toont de experimentele opstelling van RMOLW. De kern ligt in het gebruik van speciale ringvormige optische vezels, waardoor een composietbundel ontstaat die bestaat uit een centrale vezelkern (100 µm) en een buitenste ringvormige vezelkern (300 µm). De straal heeft niet alleen een ringvormige energieverdeling, maar voert ook een cirkelvormig (spiraalvormig) oscillatietraject uit via een galvanometersysteem. Dit ontwerp heeft tot doel gelijktijdig gebruik te maken van het "gatvergrotende" effect van de ringvormige balk en het "roerende" effect van de oscillatie.
Figuur 1. Schematisch diagram van het oscillerende laserlasapparaat in ring{1}}modus: (a) geïntegreerde experimentele apparatuur (b) vezeldwarsdoorsnede-, kerndiameter en brandpuntgrootte (c) feitelijk traject van de laserstraal.
Figuur 2 laat zien dat de rand van het LW-oppervlak golvend is, vergezeld van een grote hoeveelheid spatten, met een dwars-doorsnede in een 'X'-vorm en de maximale ondersnijdingsdiepte. De RMOLW-lasrand is recht en glad, met vrijwel geen spatten, een brede 'V'--vormige dwars-sectie, een zeer lage ondersnijdingsdiepte en een vloeiende overgang. Dit geeft aan dat de energieverdeling van RMOLW uniformer is, waardoor de kwaliteit van de lasvorming effectief wordt verbeterd.
Figuur 2. Macroscopische morfologie en dwarsdoorsnede-morfologie van verbindingen: (a, d, g) lasmorfologie van laserlasmonsters, (b, e, h) lasmorfologie van oscillerende laserlasmonsters, (c, f, i) lasmorfologie van oscillerende laserlasmonsters in ringvormige modus.
Figuur 3. Gloeibadstroming en sleutelgatopeningsgedrag onder verschillende procesomstandigheden: (a) vorming van spatten tijdens laserlassen (b) resultaat van oscillerend laserlassen binnen één cyclus (c) resultaat van oscillerend laserlassen met een ringvormig puntpatroon binnen één cyclus. Figuur 4 laat zien dat LW een Gaussiaanse energieverdeling met een scherpe piek heeft, met extreem hoge energie in het midden (407,2 J/mm²), resulterend in een smal en diep gesmolten zwembad. RMOLW vertoont een uniforme energieverdeling met een platte -top (maximaal slechts 107,6 J/mm²), waarbij de uniformiteit van de energieverdeling 2,2 maal groter is. Deze gelijkmatige verwarming vermindert de ondersnijding, waardoor de lasdwars-sectie breder en gladder wordt.
Het onderzoek, door middel van een vergelijkende analyse van de LW-, OLW- en RMOLW-processen, leidde tot de volgende hoofdconclusies: 1. RMOLW voorkomt het instorten van het sleutelgat door het openingsgebied van het sleutelgat uit te breiden tot 0,76 mm² en een stabiele draaikolk te introduceren, waardoor spatten tijdens het lassen met 88,6% worden verminderd in vergelijking met conventioneel laserlassen.. 2. Het RMOLW-proces verbetert de uniformiteit van de bundelenergiedistributie met 20 keer, elimineert lokale oververhitting en vermindert de ondersnijdingsdiepte van de las met 56,3%, en vormt een gladde V-vormige dwars-doorsnede. 3. De synergie tussen de ringvormige straal en de oscillatie vermindert de temperatuurgradiënten en afkoelsnelheden in het gesmolten zwembad, bevordert de vorming van zeer-sterke en taaie mand-weefselstructuren en lamellaire alfafase, en vermindert de concentratie van de korreloriëntatie. 4. Dankzij de onderdrukking van ondersnijdingsdefecten en de versterking van de microstructuur (hogere korrelgrenzen-hoek), wordt de rek van RMOLW-verbindingen met 35,2% vergroot vergeleken met conventioneel laserlassen, terwijl de hoge treksterkte behouden blijft, vergelijkbaar met die van het basismateriaal.
