Per molto tempo, la saldatura laser in lega di alluminio è stata un'area difficile e calda per gli istituti di ricerca scientifica e le aziende per continuare a svolgere ricerche e applicazioni tecniche. Con la continua crescita della domanda di mercato per strutture leggere e lo sviluppo graduale di laser ad alta potenza e prodotti con testa laser, il costo dei sistemi di saldatura laser è in calo.

In questo contesto, il principale ostacolo all'espansione delle applicazioni di saldatura laser delle leghe di alluminio passerà dall'input dei costi alla tecnologia di saldatura.

Le innovazioni nei materiali in lega di alluminio nuovi o difficili da saldare e nella tecnologia di saldatura laser in applicazioni specifiche con strutture complesse di piastre spesse diventeranno una nuova tecnologia di saldatura laser della lega di alluminio.

1 Caratteristiche della saldatura laser in lega di alluminio
Con la continua comparsa di macchine per saldatura laser ad alta potenza e alte prestazioni, la tecnologia di saldatura laser in lega di alluminio si è sviluppata rapidamente ed è diventata il metodo di saldatura in lega di alluminio più promettente. Questo metodo ha caratteristiche distinte in termini di ciclo termico di saldatura, metallurgia chimica, efficienza produttiva e forma di saldatura.
La saldatura laser delle leghe di alluminio presenta i seguenti quattro vantaggi:
1) L'energia specifica di saldatura è piccola. L'energia specifica di saldatura si riferisce all'energia richiesta per saldare una superficie unitaria. Confrontando l'energia specifica di saldatura della saldatura laser e della saldatura ad arco di argon, si può scoprire che l'energia specifica della saldatura laser della lega di alluminio è piccola e la zona termicamente alterata è piccola.
2) La deformazione della saldatura è piccola. Il diametro del punto del raggio laser focalizzato è molto piccolo, quindi il raggio laser ha una piccola area di azione sul materiale, la zona interessata dal calore è relativamente piccola e la deformazione è relativamente piccola.
3) L'efficienza produttiva è elevata. Il diametro del punto laser è piccolo, la densità di potenza è elevata, consentendo un'elevata velocità di saldatura, una buona qualità di saldatura e un'elevata efficienza produttiva.
4) La grana è fine. Nel processo di saldatura laser, la temperatura di picco della saldatura è elevata, il tempo di residenza ad alta temperatura è breve, la velocità di raffreddamento è rapida, il grado di sottoraffreddamento è elevato e la struttura della saldatura è fine.

A causa delle proprietà fisiche, della composizione chimica e delle caratteristiche strutturali della lega di alluminio, questo metodo presenta anche alcuni problemi, principalmente nei cinque aspetti seguenti.
1) La riflettività è elevata. Quando la temperatura iniziale della superficie incidente del raggio è bassa, la riflettività della saldatura laser in lega di alluminio è molto elevata. All'aumentare della temperatura, la superficie della lega di alluminio si fonde e vaporizza e il suo tasso di assorbimento aumenta rapidamente.
2) Facile da produrre pori. La saldatura laser è profonda e stretta e la velocità di raffreddamento della lega di alluminio è rapida e i pori non hanno il tempo di traboccare.
3) I requisiti di assemblaggio della saldatura sono elevati. Dopo che il laser è focalizzato, il diametro del punto è molto piccolo. Per una macchina per saldatura laser senza funzione di oscillazione, il raggio viene facilmente spostato sulla giunzione di saldatura, il che può facilmente portare a una scarsa formazione della saldatura.
4) L'elemento di lega brucia. Elementi come Mn, Mg e Zn nelle leghe di alluminio hanno una forte capacità di assorbire la luce laser, che causerà evaporazione e bruciatura, con conseguente diminuzione delle prestazioni di saldatura.
5) Spruzzi di saldatura. L'effetto di riflessione della lega di alluminio sul laser è ovvio. Per garantire la penetrazione efficace, di solito vengono selezionati i parametri di potenza più elevata per la saldatura. L'elevata densità di energia e l'elevata temperatura di picco facilitano la generazione di spruzzi quando una grande quantità di vapore attraversa uno spazio ristretto in un breve periodo di tempo, specialmente nella saldatura laser pulsata ad alta potenza.

2 Sviluppo della tecnologia di saldatura laser in lega di alluminio
2.1 Oleodotto
1) L'oleodotto in lega di alluminio può aumentare efficacemente il diametro dell'oleodotto e lo spessore della parete del tubo, in modo che l'oleodotto possa trasportare più petrolio nel tempo nominale. Il trasporto di petrolio tramite oleodotto è molto pericoloso e soggetto a perdite. Una volta che si verifica una perdita, può causare perdite di proprietà incommensurabili, vittime, inquinamento ambientale, inquinamento delle acque e altri pericoli importanti.
2) Quando si saldano tubi in lega di alluminio, è fondamentale migliorare la qualità della saldatura ed evitare difetti di saldatura.
3) La saldatura laser di tubi in lega di alluminio può produrre grandi benefici e allo stesso tempo può controllare efficacemente la qualità della saldatura. Durante la saldatura, può garantire che il cordone di saldatura venga formato una volta e che la qualità della saldatura sia relativamente alta, il che può evitare il rischio di perdite di olio causato da difetti del cordone di saldatura.

2.2 Saldatura laser della cassa della batteria in lega di alluminio per veicoli a nuova energia
Nel settore dei veicoli a nuova energia, a causa dell'aumento del peso dei pacchi batteria, c'è una maggiore richiesta di strutture leggere. Pertanto, rispetto ai materiali compositi rinforzati con fibra di carbonio con costi più elevati e all'acciaio ad alta resistenza con densità più elevata, l'alluminio e le leghe di alluminio sono senza dubbio importanti.
È diventato il materiale di scelta per varie strutture di involucri di batterie, dai gusci e linguette, moduli e connettori, ai vassoi delle batterie, piastre in lega di alluminio, profili e leghe di alluminio fuso sono stati ampiamente utilizzati.
Le celle a guscio quadrato sono i prodotti più popolari per le applicazioni di saldatura laser in lega di alluminio, tra cui guarnizioni a guscio, valvole antideflagranti, pali, fori di iniezione di liquidi e connessioni morbide, ecc. I materiali utilizzati includono alluminio puro e leghe di alluminio serie 3, con buona saldabilità, in particolare con il processo di saldatura laser oscillante, si formano giunti saldati quasi privi di difetti che soddisfano le condizioni di tenuta.
Il processo di cui sopra adotta una testa di saldatura laser a fibra convenzionale e galvanometro a scansione, che può realizzare una saldatura laser di alta qualità e ad alta efficienza. Attualmente, è stata formata sul mercato un'attrezzatura completa per la linea di produzione di saldatura laser personalizzata. I moduli batteria per veicoli a energia nuova e i vassoi batteria hanno un alto grado di individualizzazione e utilizzano principalmente leghe di alluminio serie 6 ad alta resistenza e alcuni utilizzano leghe di alluminio serie 5.

Attualmente, vengono principalmente utilizzati il processo di saldatura MIG e la tecnologia di saldatura a frizione e agitazione. In base alle diverse esigenze e caratteristiche di progettazione del prodotto, ne esistono approssimativamente due tipi.
Il primo tipo è la cassa della batteria del modulo non portante, che è caratterizzata dall'esistenza di piastre in lega di alluminio con uno spessore di ≤1,5 mm e non ha requisiti di tenuta per la struttura complessiva. Ed è saldata sotto forma di saldatura a penetrazione a sovrapposizione, giunto di testa, saldatura a filetto a sovrapposizione, ecc.
Utilizzando un singolo laser o un laser oscillante è possibile soddisfare le esigenze di profondità e larghezza di fusione. I requisiti per questo tipo di prodotto sono relativamente semplici, quindi il processo non è difficile ed è stato applicato in produzione.
Le soluzioni tecniche sono fornite principalmente dai produttori di teste laser e dagli integratori di sistemi laser. Tuttavia, a causa dell'uso della saldatura laser singola, i requisiti per la distanza di assemblaggio del prodotto sono relativamente elevati, quindi la coerenza della qualità della saldatura è fortemente influenzata dalla precisione dimensionale dei materiali in entrata e dal processo di serraggio.

Il secondo tipo è che il prodotto ha requisiti di tenuta e alcuni requisiti devono resistere a condizioni di tenuta della pressione per un certo periodo di tempo. Lo spessore del foglio è solitamente di 3~5 mm e l'assemblaggio con profili in lega di alluminio prevede giunti di testa, giunti angolari, giunti a sovrapposizione, ecc.
A causa delle dimensioni più piccole del prodotto rispetto al vassoio della batteria e delle condizioni di servizio relativamente basse, sia il produttore che l'utente intendono aggiornare il processo di saldatura dalla saldatura MIG alla saldatura laser. Attualmente, è nella fase di esplorazione e test del processo di saldatura laser, che viene eseguito principalmente da istituti di ricerca scientifica, fornitori di laser e produttori di parti.

2.3 Applicazione della tecnologia di saldatura laser in lega di alluminio nella costruzione navale
Grazie alla bassa densità e al peso più leggero del materiale in lega di alluminio, il baricentro della nave viene abbassato riducendo il peso della nave, il che contribuisce a migliorare la sicurezza e la stabilità della nave. Pertanto, è ampiamente utilizzato in alcune navi come yacht, navi da crociera, sottomarini, pescherecci, ecc. Anche l'applicazione della saldatura laser nell'industria cantieristica è relativamente comune. A causa delle grandi dimensioni dello scafo, la saldatura ha svolto un ruolo importante nell'industria cantieristica. L'uso della saldatura laser favorisce l'ottenimento di saldature ad alta resistenza, riducendo così lo spessore della lega di alluminio utilizzata. Per raggiungere lo scopo di leggerezza e alta resistenza. Gli Stati Uniti hanno calcolato che una portaerei costruita con tecnologia di saldatura laser può risparmiare 200 tonnellate di peso. Infatti, quando si costruiscono queste grandi navi da crociera in Europa oggi, il tasso di applicazione della saldatura laser ha superato 20% e il tasso di utilizzo target in futuro è 50%.

2.4 Saldatura laser della struttura del pannello in lega di alluminio dell'aeromobile

La leggerezza degli aeromobili svolge un ruolo importante nel ridurre il consumo di carburante, aumentare l'autonomia di crociera e prolungare la vita degli aeromobili. Rispetto alle leghe di titanio e ai materiali compositi in fibra di carbonio, il costo delle leghe di alluminio è relativamente basso. Pertanto, nella fabbricazione delle fusoliere degli aeromobili, le leghe di alluminio rappresentano una grande percentuale, principalmente leghe di alluminio serie 7, serie 6 e serie 2. Nell'applicazione della connessione tra la pelle del pannello della fusoliera e i longheroni, il metodo tradizionale utilizza la tecnologia di rivettatura e la pelle e i longheroni adottano una struttura a giunto sovrapposto. A causa del peso extra generato dal bordo sovrapposto del rivetto e del longherone e l'efficienza di produzione è bassa, il longherone e la pelle vengono modificati in una struttura a forma di T e la saldatura a filo laser viene eseguita contemporaneamente sui lati sinistro e destro per sostituire il bordo sovrapposto Con i rivetti, ha evidenti effetti sulla riduzione del peso della fusoliera, migliorando l'efficienza di connessione e riducendo i costi di produzione. Ad esempio, gli otto pannelli del modello Airbus A380 sono realizzati utilizzando la tecnologia di saldatura laser simultanea su entrambi i lati, che riduce il peso della fusoliera di 10%.

Riassumendo, nonostante la saldatura delle leghe di alluminio presenti i problemi di un processo complicato e di una lavorazione difficile, con la crescente domanda di leghe di alluminio nel processo di industrializzazione e il ruolo che svolgono nella vita stanno diventando sempre più importanti.
Con il rapido sviluppo della tecnologia di saldatura laser, l'applicazione della nuova tecnologia di saldatura nella produzione di saldatura aerospaziale sarà sviluppata rapidamente. L'automazione della saldatura e la capacità di garantire alta qualità e alta affidabilità saranno i requisiti di base della tecnologia di saldatura nel 21° secolo.
Pertanto, quando si migliora e si ottimizza il processo di saldatura delle leghe di alluminio, è necessario considerare attentamente il costo, il grado avanzato del metodo e l'efficienza della saldatura, per sopprimere il più possibile la formazione di pori e crepe, controllare i difetti dei giunti e formare una buona saldatura con una qualità eccellente.