Este estudo comparou sistematicamente a aplicação de LW, OLW e RMOLW convencionais em placas de liga de titânio TC4. A pesquisa empregou vários métodos de caracterização, incluindo imagens de câmeras de alta{2}}velocidade, microscopia óptica (OM), microscopia eletrônica de varredura (SEM), difração de retroespalhamento de elétrons (EBSD) e testes de tração. Os resultados mostram que o processo RMOLW melhora significativamente a qualidade de formação da superfície da solda, não apenas eliminando defeitos de corte, mas também reduzindo bastante os respingos. Mecanisticamente, o feixe anular expande a área de abertura do buraco da fechadura (até 0,76 mm²), e os vórtices estáveis gerados pela oscilação do feixe impedem efetivamente o fechamento do buraco da fechadura devido à compressão do metal fundido, eliminando assim a fonte de respingos. Em termos de microestrutura, esse processo reduz o gradiente de temperatura e a taxa de resfriamento da poça fundida, promovendo a formação de uma morfologia de trama fina no centro da solda e aumentando a proporção de limites de grão de alto -ângulo (HAGB). Em última análise, as juntas soldadas RMOLW mantêm alta resistência à tração (cerca de 1148,8 MPa), enquanto o alongamento é aumentado em 35,2% em comparação com a soldagem a laser convencional, alcançando uma boa combinação de resistência e ductilidade.
A Figura 1 mostra a configuração experimental do RMOLW. O núcleo reside na utilização de fibras ópticas anulares especiais, produzindo um feixe composto constituído por um núcleo de fibra central (100 µm) e um núcleo de fibra de anel externo (300 µm). O feixe não apenas possui uma distribuição de energia anular, mas também executa uma trajetória de oscilação circular (espiral) através de um sistema galvanômetro. Este projeto visa utilizar simultaneamente o efeito de "expansão do furo" do feixe anular e o efeito de "agitação" da oscilação.
Figura 1. Diagrama esquemático do dispositivo de soldagem a laser oscilante no modo-de anel: (a) equipamento experimental integrado (b) seção transversal-da fibra, diâmetro do núcleo e tamanho do ponto focal (c) trajetória real do feixe de laser.
A Figura 2 mostra que a borda da superfície LW é ondulada, acompanhada por uma grande quantidade de respingos, com seção transversal-em formato de 'X' e profundidade máxima de corte inferior. A borda da solda RMOLW é reta e lisa, quase sem respingos, uma ampla seção transversal em formato de 'V'-, profundidade de corte muito baixa e uma transição suave. Isto indica que a distribuição de energia do RMOLW é mais uniforme, melhorando efetivamente a qualidade da formação da solda.
Figura 2. Morfologia macroscópica e morfologia transversal-de juntas: (a, d, g) morfologia de soldagem de amostras de soldagem a laser, (b, e, h) morfologia de soldagem de amostras de soldagem a laser oscilantes, (c, f, i) morfologia de soldagem de amostras de soldagem a laser oscilantes de modo anular.
Figura 3. Fluxo da poça fundida e comportamento de abertura do buraco de fechadura sob diferentes condições de processo: (a) geração de respingos durante a soldagem a laser (b) resultado da soldagem a laser oscilante dentro de um ciclo (c) resultado da soldagem a laser oscilante com um padrão de ponto anular dentro de um ciclo. A Figura 4 mostra que LW tem uma distribuição de energia gaussiana de pico acentuado, com energia extremamente alta no centro (407,2 J/mm²), resultando em uma poça de fusão estreita e profunda. RMOLW exibe uma distribuição de energia uniforme "plana-" (máximo de apenas 107,6 J/mm²), com a uniformidade da distribuição de energia aumentada em 2,2 vezes. Esse aquecimento uniforme reduz o corte inferior, tornando a seção-transversal da solda mais larga e suave.
O estudo, por meio de uma análise comparativa dos processos LW, OLW e RMOLW, chegou às seguintes conclusões principais: 1. O RMOLW evita o colapso do buraco de fechadura expandindo a área de abertura do buraco de fechadura para 0,76 mm² e introduzindo um vórtice estável, reduzindo os respingos durante a soldagem em 88,6% em comparação com a soldagem a laser convencional. 2. O processo RMOLW melhora a uniformidade da distribuição de energia do feixe em 20 vezes, elimina o superaquecimento local, reduz a profundidade do corte inferior da solda em 56,3% e forma uma seção transversal-em forma de V-suave. 3. A sinergia entre o feixe anular e a oscilação reduz os gradientes de temperatura e as taxas de resfriamento na poça fundida, promove a formação de estruturas de trama de cesta-de alta resistência e resistência e fase alfa lamelar, e diminui a concentração de orientação de grãos. 4. Graças à supressão de defeitos de corte inferior e ao fortalecimento da microestrutura (limites de grão de ângulo-mais alto), o alongamento das juntas RMOLW é aumentado em 35,2% em comparação com a soldagem a laser convencional, mantendo ao mesmo tempo alta resistência à tração comparável ao material de base.
