Este estudio comparó sistemáticamente la aplicación de LW, OLW y RMOLW convencionales en placas de aleación de titanio TC4. La investigación empleó varios métodos de caracterización, incluidas imágenes de cámaras de alta-velocidad, microscopía óptica (OM), microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de retrodispersión de electrones (EBSD) y pruebas de tracción. Los resultados muestran que el proceso RMOLW mejora significativamente la calidad de formación de la superficie de la soldadura, no solo eliminando los defectos de socavación sino también reduciendo en gran medida las salpicaduras. Mecánicamente, la viga anular expande el área de apertura del ojo de cerradura (hasta 0,76 mm²) y los vórtices estables generados por la oscilación del haz evitan eficazmente que el ojo de cerradura se cierre debido a la compresión del metal fundido, cortando así la fuente de salpicaduras. En términos de microestructura, este proceso reduce el gradiente de temperatura y la velocidad de enfriamiento del baño fundido, promoviendo la formación de una morfología de tejido de canasta fina-en el centro de soldadura y aumentando la proporción de límites de grano de ángulo alto-(HAGB). En última instancia, las uniones soldadas RMOLW mantienen una alta resistencia a la tracción (alrededor de 1148,8 MPa), mientras que el alargamiento aumenta en un 35,2% en comparación con la soldadura láser convencional, logrando una buena combinación de resistencia y ductilidad.
La Figura 1 muestra la configuración experimental de RMOLW. El núcleo reside en el uso de fibras ópticas anulares especiales, que producen un haz compuesto que consta de un núcleo de fibra central (100 µm) y un núcleo de fibra anular exterior (300 µm). El haz no sólo tiene una distribución de energía anular sino que también ejecuta una trayectoria de oscilación circular (espiral) a través de un sistema galvanómetro. Este diseño tiene como objetivo utilizar simultáneamente el efecto de "agujero-expansión" del haz anular y el efecto de "agitación" de la oscilación.
Figura 1. Diagrama esquemático del dispositivo de soldadura láser oscilante en modo anillo-: (a) equipo experimental integrado (b) sección transversal-de la fibra, diámetro del núcleo y tamaño del punto focal (c) trayectoria real del rayo láser.
La Figura 2 muestra que el borde de la superficie LW es ondulado, acompañado de una gran cantidad de salpicaduras, con una sección transversal-en forma de 'X' y la máxima profundidad de socavado. El borde de soldadura RMOLW es recto y liso, casi sin salpicaduras, una amplia sección transversal-en forma de 'V'-, una profundidad de corte muy baja y una transición suave. Esto indica que la distribución de energía de RMOLW es más uniforme, mejorando efectivamente la calidad de la formación de soldadura.
Figura 2. Morfología macroscópica y morfología de sección transversal-de juntas: (a, d, g) morfología de soldadura de muestras de soldadura láser, (b, e, h) morfología de soldadura de muestras de soldadura láser oscilantes, (c, f, i) morfología de soldadura de muestras de soldadura láser oscilantes en modo anular.
Figura 3. Flujo del baño fundido y comportamiento de apertura del ojo de cerradura bajo diferentes condiciones de proceso: (a) generación de salpicaduras durante la soldadura láser (b) resultado de la soldadura láser oscilante dentro de un ciclo (c) resultado de la soldadura láser oscilante con un patrón de puntos anulares dentro de un ciclo. La Figura 4 muestra que LW tiene una distribución de energía gaussiana de pico pronunciado, con energía extremadamente alta en el centro (407,2 J/mm²), lo que da como resultado un charco de fusión estrecho y profundo. RMOLW exhibe una distribución de energía uniforme "-superior plana" (máximo sólo 107,6 J/mm²), con una uniformidad de distribución de energía aumentada 2,2 veces. Este calentamiento uniforme reduce la socavación, lo que hace que la sección transversal de la soldadura-sea más ancha y suave.
El estudio, a través de un análisis comparativo de los procesos LW, OLW y RMOLW, llegó a las siguientes conclusiones principales: 1. RMOLW previene el colapso del ojo de cerradura expandiendo el área de apertura del ojo de cerradura a 0,76 mm² e introduciendo un vórtice estable, reduciendo las salpicaduras durante la soldadura en un 88,6 % en comparación con la soldadura láser convencional.. 2. El proceso RMOLW mejora la uniformidad de la distribución de energía del haz 20 veces, elimina el sobrecalentamiento local y reduce la profundidad de corte de la soldadura en 20 veces. 56,3 %, y forma una sección transversal-en forma de V-suave. 3. La sinergia entre el haz anular y la oscilación reduce los gradientes de temperatura y las velocidades de enfriamiento en el baño fundido, promueve la formación de estructuras de tejido de cesta-resistentes y de alta-resistencia-y fase alfa laminar, y disminuye la concentración de la orientación del grano. 4. Gracias a la supresión de defectos socavados y la Al fortalecer la microestructura (límites de grano con ángulos más altos-), el alargamiento de las juntas RMOLW aumenta en un 35,2% en comparación con la soldadura láser convencional, manteniendo al mismo tiempo una alta resistencia a la tracción comparable a la del material base.
