Durante mucho tiempo, la soldadura láser de aleación de aluminio ha sido un área difícil y candente para los institutos de investigación científica y las empresas que continúan realizando investigaciones y aplicaciones técnicas. Con el crecimiento continuo de la demanda del mercado de estructuras livianas y el desarrollo gradual de láseres de alta potencia y productos de cabezales láser, el costo de los sistemas de soldadura láser tiende a disminuir.

En este contexto, el principal obstáculo que restringe la expansión de las aplicaciones de soldadura láser de aleaciones de aluminio pasará del costo de entrada a la tecnología de soldadura.

Los avances en materiales de aleación de aluminio nuevos o difíciles de soldar y la tecnología de soldadura láser en aplicaciones específicas con estructuras complejas de placas gruesas se convertirán en una nueva tecnología de soldadura láser de aleación de aluminio.

1 Características de la soldadura láser de aleación de aluminio
Con la aparición continua de máquinas de soldadura láser de alta potencia y alto rendimiento, la tecnología de soldadura láser de aleación de aluminio se ha desarrollado rápidamente y se ha convertido en el método de soldadura de aleación de aluminio más prometedor. Este método tiene características distintivas en términos de ciclo de calor de soldadura, metalurgia química, eficiencia de producción y forma de soldadura.
La soldadura láser de aleación de aluminio tiene las siguientes cuatro ventajas:
1) La energía específica de soldadura es pequeña. La energía específica de soldadura se refiere a la energía necesaria para soldar una superficie unitaria. Al comparar la energía específica de soldadura de la soldadura láser y la soldadura con arco de argón, se puede observar que la energía específica de la soldadura láser de aleación de aluminio es pequeña y la zona afectada por el calor es pequeña.
2) La deformación de la soldadura es pequeña. El diámetro del punto del haz láser enfocado es muy pequeño, por lo que el área de acción del haz láser sobre el material es pequeña, la zona afectada por el calor es relativamente pequeña y la deformación es relativamente pequeña.
3) Alta eficiencia de producción. El diámetro del punto láser es pequeño y la densidad de potencia es alta, lo que permite una alta velocidad de soldadura, una buena calidad de soldadura y una alta eficiencia de producción.
4) El grano es fino. En el proceso de soldadura láser, la temperatura máxima de la soldadura es alta, el tiempo de residencia a alta temperatura es corto, la velocidad de enfriamiento es rápida, el grado de subenfriamiento es alto y la estructura de la soldadura es fina.

Debido a las propiedades físicas, la composición química y las características estructurales de la aleación de aluminio, este método también presenta algunos problemas, principalmente en los siguientes cinco aspectos.
1) La reflectividad es alta. Cuando la temperatura inicial de la superficie incidente del haz es baja, la reflectividad de la soldadura láser de aleación de aluminio es muy alta. A medida que aumenta la temperatura, la superficie de la aleación de aluminio se derrite y se vaporiza, y su tasa de absorción aumenta rápidamente.
2) Fácil de producir poros. La costura de soldadura láser es profunda y estrecha, la velocidad de enfriamiento de la aleación de aluminio es rápida y los poros no tienen tiempo de desbordarse.
3) Los requisitos de montaje de la soldadura son altos. Una vez que se enfoca el láser, el diámetro del punto es muy pequeño. En el caso de una máquina de soldadura láser sin función de oscilación, el haz se desplaza fácilmente sobre la costura de soldadura, lo que puede provocar fácilmente una formación deficiente de la soldadura.
4) El elemento de aleación se quema. Los elementos como Mn, Mg y Zn en las aleaciones de aluminio tienen una gran capacidad para absorber la luz del láser, lo que provocará evaporación y quemado, lo que dará como resultado una disminución del rendimiento de la soldadura.
5) Salpicaduras de soldadura. El efecto de reflexión de la aleación de aluminio sobre el láser es evidente. Para garantizar una penetración eficaz, normalmente se seleccionan los parámetros de mayor potencia para la soldadura. La alta densidad de energía y la alta temperatura máxima hacen que sea fácil generar salpicaduras cuando una gran cantidad de vapor pasa a través de un espacio estrecho en un corto período de tiempo, especialmente en la soldadura láser pulsada de alta potencia.

2 Desarrollo de la tecnología de soldadura láser de aleación de aluminio
2.1 Oleoducto
1) El oleoducto de aleación de aluminio puede aumentar eficazmente el diámetro del oleoducto y el espesor de la pared del mismo, de modo que el oleoducto pueda transportar más petróleo en el tiempo nominal. El transporte de petróleo por oleoducto es muy peligroso y propenso a fugas. Una vez que se produce una fuga, puede causar pérdidas materiales inconmensurables, víctimas, contaminación ambiental, contaminación del agua y otros peligros importantes.
2) Al soldar tubos de aleación de aluminio, la clave es mejorar la calidad de la soldadura y evitar defectos de soldadura.
3) La soldadura láser de tubos de aleación de aluminio puede producir grandes beneficios y, al mismo tiempo, puede controlar eficazmente la calidad de la soldadura. Durante la soldadura, puede garantizar que la costura de soldadura se forme una vez y que la calidad de la soldadura sea relativamente alta, lo que puede evitar el riesgo de fuga de aceite causado por defectos en la costura de soldadura.

2.2 Soldadura láser de carcasas de baterías de aleación de aluminio para vehículos de nueva energía
En la industria de vehículos de nueva energía, debido al aumento del peso de los paquetes de baterías, existe una mayor demanda de estructuras ligeras. Por lo tanto, en comparación con los materiales compuestos reforzados con fibra de carbono con mayores costos y el acero de alta resistencia con mayor densidad, el aluminio y las aleaciones de aluminio son indudablemente importantes.
Se ha convertido en el material elegido para diversas estructuras de carcasas de baterías, desde carcasas y pestañas de baterías, módulos y conectores, hasta bandejas de baterías, placas de aleación de aluminio, perfiles y aleaciones de aluminio fundido que se han utilizado ampliamente.
Las celdas de carcasa cuadrada son los productos más populares para aplicaciones de soldadura láser de aleación de aluminio, incluidos sellos de carcasa, válvulas a prueba de explosiones, postes, orificios de inyección de líquido y conexiones blandas, etc. Los materiales utilizados incluyen aluminio puro y aleaciones de aluminio de la serie 3, con buena soldabilidad, especialmente bajo el proceso de soldadura láser oscilante, se forman juntas soldadas casi libres de defectos que cumplen con las condiciones de sellado.
El proceso anterior adopta un cabezal de soldadura láser de fibra convencional y un galvanómetro de escaneo, que puede realizar una soldadura láser de alta calidad y alta eficiencia. En la actualidad, se ha formado un equipo de línea de producción de soldadura láser completamente personalizado en el mercado. Los módulos de batería y las bandejas de batería de vehículos de nueva energía tienen un alto grado de individualización y utilizan principalmente aleaciones de aluminio de la serie 6 con alta resistencia, y algunos utilizan aleaciones de aluminio de la serie 5.

En la actualidad, se utilizan principalmente el proceso de soldadura MIG y la tecnología de soldadura por fricción y agitación. Según las diferentes necesidades y características de diseño del producto, existen aproximadamente dos tipos.
El primer tipo es la caja de batería modular sin carga, que se caracteriza por la existencia de placas de aleación de aluminio con un espesor de ≤1,5 mm y no tiene requisitos de sellado para la estructura general. Y está soldada en forma de soldadura por penetración de solape, junta a tope, soldadura de filete de solape, etc.
El uso de un solo láser o un láser oscilante puede satisfacer las necesidades de profundidad y ancho de fusión. Los requisitos para este tipo de producto son relativamente simples, por lo que el proceso no es difícil y se ha aplicado en la producción.
Las soluciones técnicas las proporcionan principalmente los fabricantes de cabezales láser y los integradores de sistemas láser. Sin embargo, debido al uso de soldadura láser única, los requisitos de espacio libre para el ensamblaje del producto son relativamente altos, por lo que la consistencia de la calidad de la soldadura se ve muy afectada por la precisión dimensional de los materiales entrantes y el proceso de sujeción.

El segundo tipo es aquel en el que el producto tiene requisitos de sellado y algunos requisitos deben soportar condiciones de mantenimiento de presión durante un período de tiempo determinado. El espesor de la lámina suele ser de 3 a 5 mm y el ensamblaje con perfiles de aleación de aluminio implica juntas a tope, juntas en esquina, juntas traslapadas, etc.
Debido al tamaño más pequeño del producto en comparación con la bandeja de la batería y a las condiciones de servicio relativamente bajas, tanto el fabricante como el usuario tienen la intención de actualizar el proceso de soldadura de la soldadura MIG a la soldadura láser. En la actualidad, se encuentra en la etapa de exploración y prueba del proceso de soldadura láser, que se lleva a cabo principalmente por institutos de investigación científica, proveedores de láser y fabricantes de piezas.

2.3 Aplicación de la tecnología de soldadura láser de aleación de aluminio en la construcción naval
Debido a la baja densidad y al peso más ligero del material de aleación de aluminio, el centro de gravedad del barco se baja al tiempo que se reduce el peso del barco, lo que favorece la mejora de la seguridad y la estabilidad del barco. Por lo tanto, se utiliza ampliamente en algunos barcos como yates, cruceros, submarinos, barcos de pesca, etc. La aplicación de la soldadura láser en la industria de la construcción naval también es relativamente común. Debido al gran tamaño del casco, la soldadura ha jugado un papel importante en la industria de la construcción naval. El uso de la soldadura láser favorece la obtención de soldaduras de alta resistencia, reduciendo así el espesor de la aleación de aluminio utilizada. Para lograr el propósito de peso ligero y alta resistencia. Estados Unidos ha calculado que un portaaviones construido con tecnología de soldadura láser puede ahorrar 200 toneladas de peso. De hecho, cuando se construyen estos grandes cruceros en Europa hoy, la tasa de aplicación de la soldadura láser ha superado las 20%, y la tasa de utilización objetivo en el futuro es de 50%.

2.4 Soldadura láser de la estructura del panel de aleación de aluminio de la aeronave

El peso ligero de los aviones de aviación juega un papel importante en la reducción del consumo de combustible, el aumento de la autonomía de crucero y la prolongación de la vida útil de los aviones. En comparación con las aleaciones de titanio y los materiales compuestos de fibra de carbono, el coste de las aleaciones de aluminio es relativamente bajo. Por tanto, en la fabricación de fuselajes de aeronaves, las aleaciones de aluminio representan una gran proporción, principalmente las aleaciones de aluminio de las series 7, 6 y 2. En la aplicación de la conexión entre la piel del panel del fuselaje y los largueros, el método tradicional utiliza tecnología de remachado, y la piel y los largueros adoptan una estructura de unión traslapada. Debido al peso adicional generado por el borde superpuesto del remache y el larguero, y la eficiencia de producción es baja, el larguero y la piel se cambian a una estructura en forma de T, y se realiza soldadura por alambre láser en los lados izquierdo y derecho simultáneamente para reemplazar el borde superpuesto con remaches, tiene efectos obvios en la reducción del peso del fuselaje, mejorando la eficiencia de la conexión y reduciendo el coste de fabricación. Por ejemplo, los ocho paneles del modelo Airbus A380 están fabricados mediante tecnología de soldadura simultánea por láser de doble cara, lo que reduce el peso del fuselaje en 10%.

En resumen, aunque la soldadura de aleación de aluminio tiene los problemas de un proceso complicado y un procesamiento difícil, con la creciente demanda de aleación de aluminio en el proceso de industrialización y el papel que desempeña en la vida se está volviendo cada vez más importante.
Con el rápido desarrollo de la tecnología de soldadura láser, la aplicación de nuevas tecnologías de soldadura en la producción de soldadura aeroespacial se desarrollará rápidamente. La automatización de la soldadura y la capacidad de garantizar una alta calidad y una alta confiabilidad serán los requisitos básicos de la tecnología de soldadura en el siglo XXI.
Por lo tanto, al mejorar y optimizar el proceso de soldadura de aleaciones de aluminio, es necesario considerar completamente el costo, el grado avanzado del método y la eficiencia de la soldadura, con el fin de suprimir la aparición de poros y grietas en la mayor medida posible, controlar los defectos de las juntas y formar una buena soldadura con excelente calidad.