Przez długi czas spawanie laserowe stopów aluminium było trudnym i gorącym obszarem dla instytutów naukowo-badawczych i przedsiębiorstw, aby kontynuować badania techniczne i zastosowania. Wraz z ciągłym wzrostem popytu rynkowego na lekkie konstrukcje i stopniowym rozwojem laserów dużej mocy i produktów głowic laserowych, koszt systemów spawania laserowego ma tendencję spadkową.

W tym kontekście głównym wąskim gardłem ograniczającym rozwój zastosowań spawania laserowego stopów aluminium stanie się przesunięcie kwestii kosztów z poziomu technologii spawania.

Przełom w dziedzinie nowych lub trudnych do spawania materiałów ze stopów aluminium oraz technologii spawania laserowego w określonych zastosowaniach ze złożonymi strukturami grubych płyt staną się nową technologią spawania laserowego stopów aluminium.

1 Charakterystyka spawania laserowego stopów aluminium
Wraz z ciągłym pojawianiem się wysokowydajnych i wydajnych spawarek laserowych, technologia spawania laserowego stopów aluminium rozwijała się szybko i stała się najbardziej obiecującą metodą spawania stopów aluminium. Metoda ta ma odrębne cechy pod względem cyklu cieplnego spawania, metalurgii chemicznej, wydajności produkcji i kształtu spoiny.
Spawanie laserowe stopów aluminium ma cztery następujące zalety:
1) Energia właściwa spawania jest mała. Energia właściwa spawania odnosi się do energii wymaganej do spawania powierzchni jednostki. Porównując energię właściwą spawania laserowego i spawania łukiem argonowym, można stwierdzić, że energia właściwa spawania laserowego stopu aluminium jest mała, a strefa wpływu ciepła jest mała.
2) Deformacja spawalnicza jest niewielka. Średnica plamki skupionej wiązki laserowej jest bardzo mała, dzięki czemu wiązka laserowa ma mały obszar działania na materiał, strefa wpływu ciepła jest stosunkowo mała, a deformacja jest stosunkowo niewielka.
3) Wysoka wydajność produkcji. Średnica plamki lasera jest mała, gęstość mocy jest wysoka, co pozwala na dużą prędkość spawania, dobrą jakość spoiny i wysoką wydajność produkcji.
4) Ziarno jest drobne. W procesie spawania laserowego szczytowa temperatura spoiny jest wysoka, czas przebywania w wysokiej temperaturze jest krótki, szybkość chłodzenia jest szybka, stopień przechłodzenia jest duży, a struktura spoiny jest drobna.

Ze względu na właściwości fizyczne, skład chemiczny i charakterystykę strukturalną stopu aluminium, metoda ta stwarza również pewne problemy, głównie w następujących pięciu aspektach.
1) Odbicie jest wysokie. Gdy początkowa temperatura powierzchni padającej wiązki jest niska, odbicie laserowego spawania stopu aluminium jest bardzo wysokie. Wraz ze wzrostem temperatury powierzchnia stopu aluminium topi się i odparowuje, a jego szybkość absorpcji gwałtownie wzrasta.
2) Łatwe tworzenie porów. Spaw laserowy jest głęboki i wąski, a prędkość chłodzenia stopu aluminium jest szybka, a pory nie mają czasu na przelanie.
3) Wymagania dotyczące montażu spawarki są wysokie. Po skupieniu lasera średnica punktu jest bardzo mała. W przypadku spawarki laserowej bez funkcji wahadłowej wiązka łatwo przesuwa się na spoinie, co może łatwo prowadzić do słabego formowania spoiny.
4) Element stopowy wypala się. Elementy takie jak Mn, Mg i Zn w stopach aluminium mają silną zdolność pochłaniania światła laserowego, co powoduje parowanie i spalanie, co prowadzi do zmniejszenia wydajności spoiny.
5) Odpryski spawalnicze. Efekt odbicia stopu aluminium na laserze jest oczywisty. Aby zapewnić skuteczną penetrację, do spawania zazwyczaj wybiera się parametry o wyższej mocy. Wysoka gęstość energii i wysoka temperatura szczytowa ułatwiają generowanie odprysków, gdy duża ilość pary przechodzi przez wąską przestrzeń w krótkim czasie, szczególnie w przypadku spawania laserowego impulsowego o dużej mocy.

2 Rozwój technologii spawania laserowego stopów aluminium
2.1 Rurociąg naftowy
1) Rurociąg naftowy ze stopu aluminium może skutecznie zwiększyć średnicę rurociągu i grubość ścianki rury, dzięki czemu rurociąg może transportować więcej ropy w znamionowym czasie. Transport ropy naftowej rurociągiem jest bardzo niebezpieczny i podatny na wycieki. Gdy dojdzie do wycieku, może on spowodować niemierzalne straty materialne, ofiary śmiertelne, zanieczyszczenie środowiska, zanieczyszczenie wody i inne poważne zagrożenia.
2) Przy spawaniu rur ze stopów aluminium kluczowe znaczenie ma poprawa jakości spawania i uniknięcie wad spawalniczych.
3) Spawanie laserowe rur ze stopów aluminium może przynieść bardzo duże korzyści, a jednocześnie może skutecznie kontrolować jakość spawania. Podczas spawania może zapewnić, że spoina zostanie utworzona raz, a jakość spawania będzie stosunkowo wysoka, co może zapobiec zagrożeniu wyciekiem oleju spowodowanym przez wady spoiny.

2.2 Spawanie laserowe obudowy akumulatora ze stopu aluminium dla pojazdów o nowej energii
W branży pojazdów nowej energii, ze względu na wzrost masy akumulatorów, istnieje większe zapotrzebowanie na lekkie konstrukcje. Dlatego w porównaniu z materiałami kompozytowymi wzmocnionymi włóknem węglowym o wyższych kosztach i stalą o wysokiej wytrzymałości o wyższej gęstości, aluminium i stopy aluminium są niewątpliwie ważne.
Stał się materiałem z wyboru do produkcji różnych konstrukcji skorup akumulatorów, od skorup i uchwytów akumulatorów, modułów i złączy, po tacki akumulatorów, płyty ze stopów aluminium, profile i odlewane stopy aluminium.
Kwadratowe ogniwa powłokowe są najpopularniejszymi produktami do zastosowań w spawaniu laserowym stopów aluminium, w tym uszczelnienia powłokowe, zawory przeciwwybuchowe, drążki, otwory wtryskowe cieczy i miękkie połączenia itp. Używane materiały obejmują czyste aluminium i stopy aluminium serii 3, o dobrej spawalności, zwłaszcza W procesie spawania laserowego oscylacyjnego powstają niemal bezbłędne połączenia spawane, które spełniają warunki uszczelnienia.
Powyższy proces przyjmuje konwencjonalny laser światłowodowy i skanującą głowicę spawalniczą galwanometru, która może realizować wysokiej jakości i wydajne spawanie laserowe. Obecnie na rynku utworzono kompletny dostosowany sprzęt do linii produkcyjnej spawania laserowego. Nowe moduły akumulatorów pojazdów energetycznych i tace akumulatorowe charakteryzują się wysokim stopniem indywidualizacji i wykorzystują głównie stopy aluminium serii 6 o wysokiej wytrzymałości, a niektóre stopy aluminium serii 5.

Obecnie stosuje się głównie spawanie metodą MIG i spawanie tarciowe. W zależności od różnych potrzeb i cech konstrukcyjnych produktu, istnieją mniej więcej dwa typy.
Pierwszy typ to obudowa baterii modułowej bez obciążenia, która charakteryzuje się istnieniem płyt ze stopu aluminium o grubości ≤1,5 mm i nie ma wymagań dotyczących uszczelnienia całej konstrukcji. I jest spawana w formie spawania zakładkowego, połączenia czołowego, spawania pachwinowego zakładkowego itp.
Użycie pojedynczego lasera lub lasera wahadłowego może spełnić wymagania głębokości i szerokości topienia. Wymagania dla tego typu produktu są stosunkowo proste, więc proces nie jest trudny i został zastosowany w produkcji.
Rozwiązania techniczne są głównie dostarczane przez producentów głowic laserowych i integratorów systemów laserowych. Jednak ze względu na stosowanie pojedynczego spawania laserowego wymagania dotyczące luzu montażowego produktu są stosunkowo wysokie, więc na spójność jakości spawania w dużym stopniu wpływa dokładność wymiarowa materiałów przychodzących i proces zaciskania.

Drugi typ to taki, w którym produkt ma wymagania dotyczące uszczelnienia, a niektóre wymagania muszą wytrzymać warunki utrzymywania ciśnienia przez określony czas. Grubość arkusza wynosi zwykle 3~5 mm, a montaż z profilami ze stopu aluminium obejmuje połączenia czołowe, połączenia narożne, połączenia zakładkowe itp.
Ze względu na mniejszy rozmiar produktu w porównaniu z tacką na baterie i stosunkowo niskie warunki serwisowe, zarówno producent, jak i użytkownik zamierzają ulepszyć proces spawania ze spawania MIG na spawanie laserowe. Obecnie jest on na etapie eksploracji i testowania procesu spawania laserowego, co jest głównie prowadzone przez instytuty badawcze, dostawców laserów i producentów części.

2.3 Zastosowanie technologii spawania laserowego stopów aluminium w budowie statków
Ze względu na niską gęstość i mniejszą wagę stopu aluminium, środek ciężkości statku jest obniżony, a jednocześnie zmniejsza się jego ciężar, co sprzyja poprawie bezpieczeństwa i stabilności statku. Dlatego jest szeroko stosowany w niektórych statkach, takich jak jachty, statki wycieczkowe, łodzie podwodne, łodzie rybackie itp. Zastosowanie spawania laserowego w przemyśle stoczniowym jest również stosunkowo powszechne. Ze względu na duże rozmiary kadłuba spawanie odgrywało ważną rolę w przemyśle stoczniowym. Zastosowanie spawania laserowego sprzyja uzyskaniu spoin o wysokiej wytrzymałości, zmniejszając tym samym grubość stosowanego stopu aluminium. Aby osiągnąć cel lekkiej wagi i wysokiej wytrzymałości. Stany Zjednoczone obliczyły, że lotniskowiec zbudowany przy użyciu technologii spawania laserowego może zaoszczędzić 200 ton masy. W rzeczywistości, gdy budujesz te duże statki wycieczkowe w Europie dzisiaj, wskaźnik zastosowania spawania laserowego przekroczył 20%, a docelowy wskaźnik wykorzystania w przyszłości wynosi 50%.

2.4 Spawanie laserowe konstrukcji paneli ze stopu aluminium lotniczego

Lekka konstrukcja samolotów odgrywa ważną rolę w redukcji zużycia paliwa, zwiększaniu zasięgu lotu i wydłużaniu żywotności samolotów. W porównaniu ze stopami tytanu i materiałami kompozytowymi z włókna węglowego, koszt stopów aluminium jest stosunkowo niski. Dlatego w produkcji kadłubów samolotów stopy aluminium stanowią dużą część, głównie stopy aluminium serii 7, 6 i 2. W zastosowaniu połączenia między poszyciem panelu kadłuba a podłużnicami tradycyjna metoda wykorzystuje technologię nitowania, a poszycie i podłużnice przyjmują strukturę połączenia zakładkowego. Ze względu na dodatkowy ciężar generowany przez zachodzącą na siebie krawędź nitu i podłużnicy, a wydajność produkcji jest niska, podłużnica i poszycie są zmieniane na strukturę w kształcie litery T, a spawanie drutem laserowym jest wykonywane po lewej i prawej stronie jednocześnie, aby zastąpić zachodzącą na siebie krawędź. Nitami ma to oczywisty wpływ na zmniejszenie masy kadłuba, poprawę wydajności połączenia i obniżenie kosztów produkcji. Na przykład osiem paneli modelu Airbus A380 wyprodukowano z wykorzystaniem technologii dwustronnego spawania laserowego, co pozwoliło zmniejszyć masę kadłuba o 10%.

Podsumowując, chociaż spawanie stopów aluminium wiąże się z problemami skomplikowanego procesu i trudnej obróbki, to wraz ze wzrostem zapotrzebowania na stopy aluminium w procesie industrializacji i rolą, jaką odgrywają w życiu, stają się one coraz ważniejsze.
Wraz z szybkim rozwojem technologii spawania laserowego, zastosowanie nowej technologii spawania w produkcji spawania lotniczego będzie się szybko rozwijać. Automatyzacja spawania i możliwość zagwarantowania wysokiej jakości i wysokiej niezawodności będą podstawowymi wymaganiami technologii spawania w XXI wieku.
Dlatego przy udoskonalaniu i optymalizacji procesu spawania stopów aluminium konieczne jest dokładne rozważenie kosztów, stopnia zaawansowania metody i wydajności spawania, aby w jak największym stopniu ograniczyć powstawanie porów i pęknięć, kontrolować wady połączeń i utworzyć dobrą spoinę o doskonałej jakości.