Дълго време лазерното заваряване на алуминиева сплав е трудна и гореща област за научноизследователски институти и предприятия, за да продължат да извършват технически изследвания и приложения. С непрекъснатия растеж на пазарното търсене на леки конструкции и постепенното развитие на високомощни лазери и продукти с лазерни глави, цената на системите за лазерно заваряване е в низходяща тенденция.

В този контекст, ключовото препятствие, което ограничава разширяването на приложенията за лазерно заваряване на алуминиеви сплави, ще се измести от входните разходи към технологията за заваряване.

Пробивите в нови или трудни за заваряване материали от алуминиеви сплави и технологията за лазерно заваряване в специфични приложения със сложни структури от дебели плочи ще се превърнат в нова технология за лазерно заваряване на алуминиеви сплави.

1 Характеристики на лазерно заваряване на алуминиева сплав
С непрекъснатото появяване на високомощни и високопроизводителни машини за лазерно заваряване, технологията за лазерно заваряване на алуминиева сплав се разви бързо и се превърна в най-обещаващия метод за заваряване на алуминиева сплав. Този метод има различни характеристики по отношение на топлинния цикъл на заваряване, химическата металургия, производствената ефективност и формата на заваръчния шев.
Лазерното заваряване на алуминиева сплав има следните четири предимства:
1) Специфичната енергия при заваряване е малка. Специфичната енергия за заваряване се отнася до енергията, необходима за заваряване на единична повърхност. Сравнявайки специфичната енергия за заваряване при лазерно заваряване и заваряване с аргонова дъга, може да се установи, че специфичната енергия при лазерно заваряване на алуминиева сплав е малка и зоната на топлинно въздействие е малка.
2) Деформацията при заваряване е малка. Диаметърът на петното на фокусирания лазерен лъч е много малък, така че лазерният лъч има малка площ на действие върху материала, засегнатата от топлина зона е сравнително малка и деформацията е сравнително малка.
3) Ефективността на производството е висока. Диаметърът на лазерното петно е малък, плътността на мощността е висока, което позволява висока скорост на заваряване, добро качество на заварката и висока производствена ефективност.
4) Зърното е добре. В процеса на лазерно заваряване пиковата температура на заваръчния шев е висока, времето за престой при висока температура е кратко, скоростта на охлаждане е бърза, степента на преохлаждане е голяма и структурата на заваръчния шев е добра.

Поради физичните свойства, химическия състав и структурните характеристики на алуминиевата сплав, този метод също има някои проблеми, главно в следните пет аспекта.
1) Отражателната способност е висока. Когато първоначалната температура на падащата повърхност на лъча е ниска, отразяващата способност на лазерното заваряване на алуминиева сплав е много висока. С повишаването на температурата повърхността на алуминиевата сплав се топи и изпарява и нейната степен на абсорбция нараства бързо.
2) Лесни за създаване на пори. Лазерният заваръчен шев е дълбок и тесен, а скоростта на охлаждане на алуминиевата сплав е бърза и порите нямат време да прелеят.
3) Изискванията за заваръчен монтаж са високи. След като лазерът се фокусира, диаметърът на петното е много малък. За машина за лазерно заваряване без функция за въртене, лъчът лесно се измества върху заваръчния шев, което може лесно да доведе до лошо образуване на заварка.
4) Легиращият елемент изгаря. Елементи като Mn, Mg и Zn в алуминиевите сплави имат силна способност да абсорбират лазерна светлина, което ще причини изпаряване и изгаряне, което води до намаляване на ефективността на заваръчния шев.
5) Пръски от заваряване. Отражателният ефект на алуминиевата сплав върху лазера е очевиден. За да се осигури ефективно проникване, параметрите на по-висока мощност обикновено се избират за заваряване. Високата енергийна плътност и високата пикова температура улесняват генерирането на пръски, когато голямо количество пара преминава през тясно пространство за кратък период от време, особено при импулсно лазерно заваряване с висока мощност.

2 Развитие на технология за лазерно заваряване на алуминиева сплав
2.1 Нефтопровод
1) Нефтопроводът от алуминиева сплав може ефективно да увеличи диаметъра на тръбопровода и дебелината на стената на тръбата, така че тръбопроводът да може да транспортира повече петрол за определеното време. Тръбопроводният транспорт на петрол е много опасен и предразположен към изтичане. След като възникне изтичане, това може да причини неизмерими загуби на имущество, жертви, замърсяване на околната среда, замърсяване на водата и други големи опасности.
2) Когато заварявате тръби от алуминиева сплав, това е ключът към подобряване на качеството на заваряване и избягване на дефекти при заваряване.
3) Лазерното заваряване на тръби от алуминиева сплав може да доведе до много големи ползи и в същото време може ефективно да контролира качеството на заваряване. По време на заваряване може да гарантира, че заваръчният шев се формира веднъж и качеството на заваряване е относително високо, което може да избегне опасността от изтичане на масло, причинена от дефекти на заваръчния шев.

2.2 Лазерно заваряване на корпус на батерия от алуминиева сплав за превозни средства с нова енергия
В индустрията за нови енергийни превозни средства, поради увеличаването на теглото на батерийните пакети, има по-голямо търсене на леки конструкции. Следователно, в сравнение с подсилени с въглеродни влакна композитни материали с по-високи разходи и високоякостна стомана с по-висока плътност, алуминият и алуминиевите сплави несъмнено са важни.
Той се е превърнал в предпочитан материал за различни конструкции на черупката на батериите, от черупки и пластини на батерии, модули и конектори, до тави за батерии, плочи от алуминиева сплав, профили и широко използвани лети алуминиеви сплави.
Клетките с квадратна обвивка са най-популярните продукти за приложения за лазерно заваряване на алуминиеви сплави, включително уплътнения на черупки, взривозащитени клапани, полюси, отвори за впръскване на течности и меки връзки и др. Използваните материали включват чист алуминий и алуминиеви сплави от 3 серии, с добра заваряемост, особено При процеса на осцилиращо лазерно заваряване се формират почти бездефектни заварени съединения, които отговарят на условията за запечатване.
Горният процес използва конвенционален влакнест лазер и сканираща галванометърна заваръчна глава, която може да реализира висококачествено и високоефективно лазерно заваряване. В момента на пазара е създадено цялостно персонализирано оборудване за производствена линия за лазерно заваряване. Батерийните модули за нови енергийни превозни средства и тавите за батерии имат висока степен на индивидуализация и използват главно алуминиеви сплави от серия 6 с висока якост, а някои използват алуминиеви сплави от серия 5.

Понастоящем се използват основно MIG заваръчен процес и технология за заваряване чрез триене. Според различните нужди и характеристики на дизайна на продукта има приблизително два вида.
Първият тип е корпусът на батерията на неносещ модул, който се характеризира с наличието на плочи от алуминиева сплав с дебелина ≤1,5 mm и няма изисквания за уплътняване на цялостната структура. И се заварява под формата на заваряване с проникване на скута, челно съединение, заваряване на ъглова скута и др.
Използването на единичен лазер или люлеещ се лазер може да отговори на нуждите от дълбочина на топене и ширина на топене. Изискванията за този вид продукт са относително прости, така че процесът не е труден и се прилага в производството.
Техническите решения се предоставят основно от производители на лазерни глави и интегратори на лазерни системи. Въпреки това, поради използването на единично лазерно заваряване, изискванията за хлабина на сглобяването на продукта са относително високи, така че постоянството на качеството на заваряване е силно повлияно от точността на размерите на входящите материали и процеса на затягане.

Вторият тип е, че продуктът има изисквания за уплътняване, а някои изисквания трябва да издържат на условия на задържане под налягане за определен период от време. Дебелината на листа обикновено е 3 ~ 5 мм, а сглобяването с профили от алуминиева сплав включва челни съединения, ъглови съединения, припокриване и др.
Поради по-малкия размер на продукта в сравнение с кутията на батерията и относително лошите условия на експлоатация, както производителят, така и потребителят възнамеряват да модернизират процеса на заваряване от MIG заваряване към лазерно заваряване. В момента е в етап на проучване и тестване на процеса на лазерно заваряване, което се извършва главно от научноизследователски институти, доставчици на лазери и производители на части.

2.3 Приложение на технологията за лазерно заваряване на алуминиева сплав в корабостроенето
Поради ниската плътност и по-малкото тегло на материала от алуминиева сплав, центърът на тежестта на кораба се понижава, като същевременно се намалява теглото на кораба, което допринася за подобряване на безопасността и стабилността на кораба. Поради това той се използва широко в някои кораби като яхти, круизни кораби, подводници, рибарски лодки и др. Приложението на лазерното заваряване в корабостроителната индустрия също е относително често срещано. Поради големия размер на корпуса, заваряването играе важна роля в корабостроителната индустрия. Използването на лазерно заваряване е благоприятно за получаване на високоякостни заварки, като по този начин се намалява дебелината на използваната алуминиева сплав. За постигане на целта за леко тегло и висока якост. Съединените щати са изчислили, че самолетоносач, построен с технология за лазерно заваряване, може да спести 200 тона тегло. Всъщност, когато строите тези големи круизни кораби в Европа днес, нивото на прилагане на лазерно заваряване е надхвърлило 20%, а целевият процент на използване в бъдеще е 50%.

2.4 Лазерно заваряване на панелна конструкция от алуминиева сплав на самолета

Лекото тегло на авиационните самолети играе важна роля за намаляване на разхода на гориво, увеличаване на обхвата на полета и удължаване на живота на самолетите. В сравнение с титанови сплави и композитни материали от въглеродни влакна, цената на алуминиевите сплави е сравнително ниска. Следователно при производството на фюзелажи на самолети алуминиевите сплави представляват голяма част, главно алуминиеви сплави от серия 7, серия 6 и серия 2. При прилагането на връзката между обшивката на панела на фюзелажа и стрингерите, традиционният метод използва технология за занитване, а обшивката и стрингерите приемат структура на скута. Поради допълнителното тегло, генерирано от припокриващия се ръб на нита и стрингера, и производствената ефективност е ниска, стрингерът и кожата се променят на Т-образна структура и се извършва лазерно заваряване с тел от лявата и дясната страна едновременно за замяна на припокриващия се ръб. С нитове има очевиден ефект върху намаляването на теглото на фюзелажа, подобряване на ефективността на връзката и намаляване на производствените разходи. Например, осемте панела на модела Airbus A380 са произведени чрез технология за двустранно лазерно едновременно заваряване, което намалява теглото на фюзелажа с 10%.

В обобщение, въпреки че заваряването на алуминиева сплав има проблеми със сложния процес и трудната обработка, с нарастващото търсене на алуминиева сплав в процеса на индустриализация и ролята, която тя играе в живота, стават все по-важни.
С бързото развитие на технологията за лазерно заваряване, прилагането на нова технология за заваряване в аерокосмическото производство ще се развива бързо. Автоматизацията на заваряването и способността да се гарантира високо качество и висока надеждност ще бъдат основните изисквания на заваръчната технология през 21 век.
Следователно, когато се подобрява и оптимизира процеса на заваряване на алуминиеви сплави, е необходимо напълно да се вземат предвид цената, напредналата степен на метода и ефективността на заваряване, за да се потисне в най-голяма степен появата на пори и пукнатини, контрол дефектите на ставите и образуват добра заварка с отлично качество.