Tato studie systematicky porovnávala aplikaci konvenčních LW, OLW a RMOLW na deskách z titanové slitiny TC4. Výzkum využíval různé charakterizační metody včetně vysokorychlostního zobrazování pomocí kamery, optické mikroskopie (OM), rastrovací elektronové mikroskopie (SEM), elektronové zpětné difrakce (EBSD) a tahového testování. Výsledky ukazují, že proces RMOLW výrazně zlepšuje kvalitu tvorby povrchu svaru, nejen že odstraňuje defekty podříznutí, ale také výrazně snižuje rozstřik. Prstencový paprsek mechanicky rozšiřuje oblast otvoru klíčové dírky (až na 0,76 mm²) a stabilní víry generované oscilací paprsku účinně brání uzavření klíčové dírky v důsledku stlačení roztaveného kovu, čímž odříznou zdroj rozstřiku. Pokud jde o mikrostrukturu, tento proces snižuje teplotní gradient a rychlost ochlazování roztavené lázně, podporuje tvorbu jemné košíčkové -morfologie vazby ve středu svaru a zvyšuje podíl hranic zrn s vysokým -úhlem (HAGB). V konečném důsledku si svarové spoje RMOLW udržují vysokou pevnost v tahu (kolem 1148,8 MPa), přičemž prodloužení je ve srovnání s konvenčním laserovým svařováním zvýšeno o 35,2 %, čímž je dosaženo dobré shody pevnosti a tažnosti.
Obrázek 1 ukazuje experimentální nastavení RMOLW. Jádro spočívá v použití speciálních prstencových optických vláken, vytvářejících kompozitní paprsek sestávající z centrálního vláknového jádra (100 µm) a vnějšího prstencového vláknového jádra (300 µm). Paprsek má nejen prstencové rozložení energie, ale také vykonává kruhovou (spirálovou) trajektorii oscilace prostřednictvím systému galvanometru. Cílem tohoto návrhu je současně využít efekt „rozšíření díry“ prstencového paprsku a „míchací“ efekt oscilace.
Obrázek 1. Schéma prstencového-oscilačního laserového svařovacího zařízení: (a) integrované experimentální zařízení (b) průřez vlákna-, průměr jádra a velikost ohniska (c) skutečná dráha laserového paprsku.
Obrázek 2 ukazuje, že hrana povrchu LW je zvlněná, doprovázená velkým množstvím rozstřiku, s průřezem ve tvaru „X“ a maximální hloubkou podříznutí. Svarová hrana RMOLW je rovná a hladká, téměř bez rozstřiku, široký průřez ve tvaru 'V'--, velmi nízká hloubka podříznutí a hladký přechod. To naznačuje, že distribuce energie RMOLW je rovnoměrnější, což účinně zlepšuje kvalitu vytváření svaru.
Obrázek 2. Makroskopická morfologie a příčná-morfologie spojů: (a, d, g) morfologie svařování vzorků laserového svařování, (b, e, h) morfologie svařování vzorků oscilačního laserového svařování, (c, f, i) morfologie svařování vzorků svařování oscilujícím laserem v prstencovém režimu.
Obrázek 3. Chování toku taveniny a otevírání klíčové dírky za různých podmínek procesu: (a) tvorba rozstřiku během laserového svařování (b) výsledek oscilačního laserového svařování během jednoho cyklu (c) výsledek oscilačního laserového svařování s prstencovým bodovým vzorem během jednoho cyklu. Obrázek 4 ukazuje, že LW má ostře vrcholovou gaussovskou distribuci energie s extrémně vysokou energií ve středu (407,2 J/mm²), což vede k úzké a hluboké roztavené lázni. RMOLW vykazuje „plochou-vrchní“ rovnoměrnou distribuci energie (maximálně pouze 107,6 J/mm²), přičemž rovnoměrnost distribuce energie se zvýšila 2,2krát. Toto rovnoměrné zahřívání snižuje podříznutí, čímž je průřez svaru{11}} širší a hladší.
Studie prostřednictvím srovnávací analýzy procesů LW, OLW a RMOLW dospěla k následujícím hlavním závěrům: 1. RMOLW předchází zhroucení klíčové dírky rozšířením plochy otvoru klíčové dírky na 0,76 mm² a zavedením stabilního víru, který snižuje rozstřik při svařování o 88,6 % ve srovnání s konvenčním laserovým svařováním, 2x zlepšuje rovnoměrnou distribuci energie pomocí RMOL procesu RMOL přehřívání, snižuje hloubku podříznutí svaru o 56,3 % a vytváří hladký průřez ve tvaru V--. 3. Synergie mezi prstencovým paprskem a oscilací snižuje teplotní gradienty a rychlost ochlazování v tavné lázni, podporuje tvorbu vysoce-pevnosti a houževnatosti koše{11} díky snížení koncentrace pha1 a lamelárních strukturách zrna{2}} potlačením defektů podříznutí a posílením mikrostruktury (více vysoko-úhlových hranic zrn) se prodloužení spojů RMOLW zvýšilo o 35,2 % ve srovnání s konvenčním laserovým svařováním při zachování vysoké pevnosti v tahu srovnatelné se základním materiálem.
