قارنت هذه الدراسة بشكل منهجي تطبيق LW وOLW وRMOLW التقليدي على ألواح سبائك التيتانيوم TC4. استخدم البحث طرقًا مختلفة للتوصيف، بما في ذلك التصوير بالكاميرا عالية السرعة، والمجهر الضوئي (OM)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وحيود التشتت الخلفي للإلكترون (EBSD)، واختبار الشد. أظهرت النتائج أن عملية RMOLW تعمل على تحسين جودة تكوين سطح اللحام بشكل كبير، ليس فقط من خلال القضاء على عيوب التقويض ولكن أيضًا تقليل التناثر بشكل كبير. ميكانيكيًا، يعمل الشعاع الحلقي على توسيع منطقة فتح ثقب المفتاح (حتى 0.76 مم²)، والدوامات المستقرة الناتجة عن تذبذب الشعاع تمنع بشكل فعال ثقب المفتاح من الإغلاق بسبب ضغط المعدن المنصهر، وبالتالي قطع مصدر التناثر. فيما يتعلق بالبنية المجهرية، تقلل هذه العملية من تدرج درجة الحرارة ومعدل التبريد للمسبح المنصهر، مما يعزز تكوين السلال الدقيقة -شكل النسيج في مركز اللحام وزيادة نسبة حدود الحبوب ذات الزوايا العالية (HAGB). في النهاية، تحافظ الوصلات الملحومة RMOLW على قوة شد عالية (حوالي 1148.8 ميجاباسكال)، في حين يتم زيادة الاستطالة بنسبة 35.2% مقارنة باللحام بالليزر التقليدي، مما يحقق تطابقًا جيدًا بين القوة والليونة.
ويبين الشكل 1 الإعداد التجريبي لـ RMOLW. يكمن القلب في استخدام ألياف بصرية حلقية خاصة، لإنتاج شعاع مركب يتكون من نواة ألياف مركزية (100 ميكرومتر) ونواة ألياف حلقية خارجية (300 ميكرومتر). لا يمتلك الشعاع توزيعًا حلقيًا للطاقة فحسب، بل ينفذ أيضًا مسار تذبذب دائري (حلزوني) من خلال نظام الجلفانومتر. يهدف هذا التصميم إلى الاستفادة في نفس الوقت من تأثير "توسيع الثقب" للحزمة الحلقية وتأثير "التحريك" للتذبذب.
الشكل 1. رسم تخطيطي لوضع الحلقة - لجهاز اللحام بالليزر المتذبذب: (أ) المعدات التجريبية المتكاملة (ب) المقطع العرضي للألياف - والقطر الأساسي وحجم النقطة البؤرية (ج) المسار الفعلي لشعاع الليزر.
يوضح الشكل 2 أن حافة السطح LW متموجة، مصحوبة بكمية كبيرة من التناثر، مع مقطع عرضي - على شكل "X" والحد الأقصى لعمق القطع. تتميز حافة اللحام RMOLW بأنها مستقيمة وناعمة، مع عدم وجود أي تناثر تقريبًا، ومقطع عرضي عريض على شكل حرف 'V'--، وعمق قطع منخفض جدًا، وانتقال سلس. يشير هذا إلى أن توزيع الطاقة في RMOLW أكثر اتساقًا، مما يحسن جودة تشكيل اللحام بشكل فعال.
الشكل 2. الشكل العياني والشكل المقطعي للمفاصل: (أ، د، ز) شكل اللحام لعينات اللحام بالليزر، (ب، ه، ح) شكل اللحام لعينات اللحام بالليزر المتأرجحة، (ج، و، ط) شكل اللحام لعينات اللحام بالليزر المتذبذبة ذات الوضع الحلقي.
الشكل 3. تدفق البركة المنصهرة وسلوك فتح ثقب المفتاح في ظل ظروف عملية مختلفة: (أ) توليد الترشيش أثناء اللحام بالليزر (ب) نتيجة اللحام بالليزر المتأرجح خلال دورة واحدة (ج) نتيجة اللحام بالليزر المتأرجح بنمط بقعة حلقي خلال دورة واحدة. يوضح الشكل 4 أن LW لديه ذروة حادة لتوزيع الطاقة الغوسية، مع طاقة عالية للغاية في المركز (407.2 جول/مم²)، مما يؤدي إلى تجمع ضيق وعميق منصهر. يُظهر RMOLW توزيعًا منتظمًا للطاقة "مسطحًا-" (بحد أقصى 107.6 جول/مم² فقط)، مع زيادة انتظام توزيع الطاقة بمقدار 2.2 مرة. يعمل هذا التسخين الموحد على تقليل القطع السفلي، مما يجعل المقطع العرضي للحام-أعرض وأكثر سلاسة.
توصلت الدراسة، من خلال التحليل المقارن لعمليات LW وOLW وRMOLW، إلى الاستنتاجات الرئيسية التالية: 1. تمنع RMOLW انهيار ثقب المفتاح عن طريق توسيع منطقة فتح ثقب المفتاح إلى 0.76 مم² وإدخال دوامة مستقرة، مما يقلل من التناثر أثناء اللحام بنسبة 88.6% مقارنةً باللحام بالليزر التقليدي. 2. تعمل عملية RMOLW على تحسين انتظام توزيع طاقة الشعاع بمقدار 20 مرة، والقضاء على الحرارة الزائدة المحلية، وتقليل عمق قطع اللحام. بنسبة 56.3%، ويشكل مقطعًا عرضيًا-ملسًا على شكل حرف V-. 3. يقلل التآزر بين الحزمة الحلقية والتذبذب من تدرجات درجة الحرارة ومعدلات التبريد في المجمع المنصهر، ويعزز تكوين هياكل نسجية عالية-قوة وصلابة-ومرحلة ألفا الصفائحية، ويقلل تركيز اتجاه الحبوب. 4. بفضل القمع من عيوب القطع وتقوية البنية المجهرية (حدود حبيبات الزوايا العالية-الأعلى)، يتم زيادة استطالة مفاصل RMOLW بنسبة 35.2% مقارنة باللحام بالليزر التقليدي، مع الحفاظ على قوة شد عالية مماثلة للمادة الأساسية.
