01 Introduction: Welding thick-walled components is a critical step in the manufacturing of devices designed for extreme operating conditions, such as those used in controlled fusion. Conventional autogenous laser welding struggles to maintain the dynamic equilibrium of deep weld pools, while laser welding with wire feeding faces efficiency bottlenecks-such as unstable wire delivery and limited single-layer deposition height. To meet the urgent need for high-quality, high-efficiency thick-plate welding technology, this study proposes a pre-filled narrow-gap laser oscillation welding method. This technique replaces dynamic wire feeding with pre-filled strips, ingeniously combining the high efficiency of high-power (>10 kW) の自生レーザー溶接。ナローギャップ フィル溶接の層状堆積の利点を備えています。-この研究では、超深い溶接池 (1 回のパスで 15 mm に達する) と狭いギャップ側壁との間の複雑な熱物理的相互作用を調査し、レーザー発振パラメータが溶接池の流れと側壁の溶融挙動を制御するメカニズムを明らかにしています。-最終的に、この方法は厚さ 70 mm の 316LN ステンレス鋼板の欠陥のない溶接に成功し、高品質を確保しながら生産効率を大幅に向上させました。-
超狭い 2.5 mm ギャップ内で深さ 15 mm の溶接池を観察するという物理的制限を克服するために、研究チームはカスタム-側面-（GG17 ガラスサンドイッチ構造を利用）を開発し（図. 1）、タングステン粉末トレーサ粒子技術（図. 2）を組み込みました。これにより研究者らは、溶接プール内の巨視的な流体力学と過渡的溶融挙動を明確に追跡できるようになりました。
断面顕微鏡写真は、振動振幅の重要な役割を明確に示しています（図. 3）。振動がないか、振幅が小さい（1.2 mm）場合、熱は効果的に横方向に伝達されず、その結果、側壁の溶融欠損（LOF）欠陥率が最大 37.28% になります。{4}}-。ただし、振動振幅が 1.8 mm に最適化されると、レーザー エネルギーは側壁に均等に分散されます。溶接断面は「釘頭」形状から幅広の「長方形」形状に変化し、LOF 欠陥率は 0% に低下します。-
非発振レーザー溶接では、溶融池が狭く、急速に冷却されやすいだけでなく、内部のキーホールも頻繁に伸縮するという非常に不安定な状態にあります。表面張力 (マランゴニ効果) によって、溶融金属は非対称で偏った流れになりやすくなります。この制御されていない片側の流れにより、最終的に溶接部の片側では良好な溶融が得られますが、もう一方の側では必然的に深刻な側壁欠損が生じます (図 4)。--
振動パラメータが低いと、横方向の入熱が不十分になり、溶融池の流れが非対称になります。パラメータが振幅 1.8 mm、周波数 40 Hz に最適化されると、レーザーの横方向加熱ゾーンが効果的に拡大し、溶融池の形状が「狭くて深い」から「広くて浅い」(幅が増加し、長さが減少) に変化します。高周波振動により多少のスパッタが誘発されますが、この状況によりキーホールと溶接池の全体的な安定性が大幅に向上し、側壁の濡れが改善され、最終的に溶接シームと側壁の間の効果的な融合が確保されます（図. 5）。
図 6 は、完全な振動サイクルを通じて溶接池の断面形態の動的進化を制御する際の振動振幅の決定的な役割を鮮明に示しています。-低い振動振幅では、高度に集中したレーザー エネルギーにより、狭い底の円錐形の溶接池が生成されます。-側壁は主に限られた熱伝導を通じて熱を受け取るため、非対称な傾斜が生じ、溶融欠陥が生じません。{4}}-振動の振幅が増加すると、事前に配置されたプレートと側壁の間の界面に熱が動的に蓄積し、溶融池の底部が U 字型に広がります。-。最適化されたより大きな発振振幅の下では、レーザーエネルギーが横方向に均一に再分配され、側壁の濡れと浸透深さが大幅に向上します。さらに、完全な左-右振動サイクル（T0 から T0 + 16 ミリ秒まで）を通して、直接照射と熱伝導の複合効果によって駆動される溶接池-は熱遅れを克服し、継続的に熱を蓄積します。ビームの動きと同期して両側に交互に拡大し、最終的には完全に中心対称な形態を確立します。
この研究では、プレフィルド ナローギャップ レーザー発振溶接技術を提案し、体系的に検証します。{0}{1}これは、レーザー発振が超深度溶融池の内部熱力学および流体力学挙動を再形成するメカニズムを包括的に分析し、次の重要な結論に導きます。1. 発振は、従来の熱源に典型的な高度に集中した単一ピークのエネルギー分布を破壊し、ピーク エネルギー密度を大幅に減少させます (1067 J/mm² から 772.9 J/mm²)。このエネルギーの均一化と再分配により、溶接中心での過剰な入熱が根本的に防止され、同時に側壁境界での局所的な熱蓄積が大幅に強化されます. 2. 振動パラメータ (周波数: 40 Hz、振幅: 1.8 mm) によって生成される強力な機械的撹拌効果は、表面張力によって支配される流れの制約をうまく克服します。溶融池の流れは、無秩序で非常に歪みやすい非対称状態から、秩序があり、対称で活発な対流モードに変化し、放射状の洗掘と高温液体金属の両側壁への輸送を加速します-。欠陥抑制のための数学的プロセス ウィンドウは、1 2A/D 以下と定義されます-。 1.5 以下 (A は振動振幅、D はギャップ幅)-は厳密に導出され、検証されました。このウィンドウにより、溶接プロセスに優れた堅牢性がもたらされます。この範囲内であれば、プロセスは装置の振動や組み立て誤差によって生じる偏差に効果的に対応でき、側壁での完全な 100% の融合が保証されます。
