Nghiên cứu này so sánh một cách có hệ thống việc áp dụng LW, OLW và RMOLW thông thường trên các tấm hợp kim titan TC4. Nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương pháp mô tả đặc điểm khác nhau bao gồm chụp ảnh bằng camera tốc độ cao-, kính hiển vi quang học (OM), kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tán xạ ngược điện tử (EBSD) và kiểm tra độ bền kéo. Kết quả cho thấy quy trình RMOLW cải thiện đáng kể chất lượng hình thành bề mặt của mối hàn, không chỉ loại bỏ các khuyết tật undercut mà còn giảm đáng kể hiện tượng bắn tóe. Về mặt cơ học, chùm tia hình khuyên mở rộng diện tích mở lỗ khóa (lên tới 0,76 mm²) và các xoáy ổn định được tạo ra bởi dao động của chùm tia ngăn chặn lỗ khóa đóng lại một cách hiệu quả do bị nén kim loại nóng chảy, từ đó cắt đứt nguồn bắn tóe. Về mặt cấu trúc vi mô, quá trình này làm giảm độ dốc nhiệt độ và tốc độ làm mát của bể nóng chảy, thúc đẩy sự hình thành hình thái dệt-thỏm mịn ở tâm mối hàn và tăng tỷ lệ ranh giới hạt góc-cao (HAGB). Cuối cùng, các mối hàn RMOLW duy trì độ bền kéo cao (khoảng 1148,8 MPa), trong khi độ giãn dài tăng 35,2% so với hàn laser thông thường, đạt được độ bền và độ dẻo phù hợp.
Hình 1 cho thấy thiết lập thử nghiệm của RMOLW. Cốt lõi nằm ở việc sử dụng các sợi quang hình khuyên đặc biệt, tạo ra chùm tia tổng hợp bao gồm lõi sợi trung tâm (100 µm) và lõi sợi vòng ngoài (300 µm). Chùm tia không chỉ có sự phân bố năng lượng hình khuyên mà còn thực hiện quỹ đạo dao động tròn (xoắn ốc) thông qua hệ thống điện kế. Thiết kế này nhằm mục đích tận dụng đồng thời hiệu ứng "mở rộng lỗ" của chùm hình khuyên và hiệu ứng "khuấy động" của dao động.
Hình 1. Sơ đồ của thiết bị hàn laser dao động chế độ vòng-: (a) thiết bị thí nghiệm tích hợp (b) mặt cắt ngang sợi-, đường kính lõi và kích thước tiêu điểm (c) quỹ đạo thực tế của chùm tia laser.
Hình 2 cho thấy cạnh bề mặt LW lượn sóng, đi kèm với lượng lớn vết loang, có mặt cắt-có hình chữ 'X' và độ sâu cắt tối đa. Mép mối hàn RMOLW thẳng và mịn, hầu như không có vết bắn tóe, mặt cắt ngang hình chữ 'V'-rộng-, độ sâu undercut rất thấp và chuyển tiếp mượt mà. Điều này cho thấy sự phân bổ năng lượng của RMOLW đồng đều hơn, cải thiện hiệu quả chất lượng hình thành mối hàn.
Hình 2. Hình thái vĩ mô và hình thái mặt cắt ngang -của các mối nối: (a, d, g) hình thái hàn của các mẫu hàn laser, (b, e, h) hình thái hàn của các mẫu hàn laser dao động, (c, f, i) hình thái hàn của các mẫu hàn laser dao động chế độ hình khuyên.
Hình 3. Dòng chảy nóng chảy của bể nóng chảy và hành vi mở lỗ khóa trong các điều kiện xử lý khác nhau: (a) tạo ra vết tóe trong quá trình hàn laser (b) kết quả của việc hàn laser dao động trong một chu kỳ (c) kết quả của việc hàn laser dao động với dạng điểm hình khuyên trong một chu kỳ. Hình 4 cho thấy LW có sự phân bố năng lượng Gaussian đạt đỉnh rõ rệt, với năng lượng cực cao ở trung tâm (407,2 J/mm2), dẫn đến một bể nóng chảy hẹp và sâu. RMOLW thể hiện sự phân bổ năng lượng đồng đều "đỉnh{6}}phẳng" (tối đa chỉ 107,6 J/mm2), với độ đồng đều phân bổ năng lượng tăng lên 2,2 lần. Hệ thống sưởi đồng đều này làm giảm vết lõm, giúp mặt cắt ngang của mối hàn rộng hơn và mịn hơn.
Nghiên cứu, thông qua phân tích so sánh các quy trình LW, OLW và RMOLW, đã đưa ra các kết luận chính sau: 1. RMOLW ngăn chặn sự sụp đổ của lỗ khóa bằng cách mở rộng diện tích mở lỗ khóa lên 0,76 mm² và tạo ra một dòng xoáy ổn định, giảm 88,6% tia bắn tung tóe trong khi hàn so với hàn laser thông thường. 2. Quy trình RMOLW cải thiện độ đồng đều phân bố năng lượng của chùm tia lên 20 lần, loại bỏ hiện tượng quá nhiệt cục bộ, giảm độ sâu vết cắt của mối hàn xuống 56,3%, và tạo thành một mặt cắt ngang hình chữ V-. 3. mượt mà. Sự phối hợp giữa chùm tia hình khuyên và dao động làm giảm độ dốc nhiệt độ và tốc độ làm mát trong bể nóng chảy, thúc đẩy sự hình thành các cấu trúc dệt có độ bền-cao và giỏ{11}}dạng dai cũng như pha alpha dạng lớp và giảm nồng độ định hướng hạt. 4. Nhờ ngăn chặn các khuyết tật cắt xén và tăng cường cấu trúc vi mô (thêm ranh giới hạt góc{13}cao), độ giãn dài của mối nối RMOLW tăng 35,2% so với hàn laze thông thường, trong khi vẫn duy trì độ bền kéo cao tương đương với vật liệu cơ bản.
