Por muito tempo, a soldagem a laser de liga de alumínio tem sido uma área difícil e quente para institutos de pesquisa científica e empresas continuarem a realizar pesquisas técnicas e aplicações. Com o crescimento contínuo da demanda de mercado por estruturas leves e o desenvolvimento gradual de lasers de alta potência e produtos de cabeça de laser, o custo dos sistemas de soldagem a laser está em uma tendência de queda.

Nesse contexto, o principal gargalo que restringe a expansão das aplicações de soldagem a laser de liga de alumínio mudará do custo para a tecnologia de soldagem.

Avanços em materiais de liga de alumínio novos ou difíceis de soldar e tecnologia de soldagem a laser em aplicações específicas com estruturas complexas de chapas grossas se tornarão uma nova tecnologia de soldagem a laser de liga de alumínio.

1 Características da soldagem a laser de liga de alumínio
Com o surgimento contínuo de máquinas de soldagem a laser de alta potência e alto desempenho, a tecnologia de soldagem a laser de liga de alumínio se desenvolveu rapidamente e se tornou o método de soldagem de liga de alumínio mais promissor. Este método tem características distintas em termos de ciclo de calor de soldagem, metalurgia química, eficiência de produção e formato de solda.
A soldagem a laser de liga de alumínio tem as quatro vantagens a seguir:
1) A energia específica de soldagem é pequena. A energia específica de soldagem se refere à energia necessária para soldar uma superfície unitária. Comparando a energia específica de soldagem da soldagem a laser e da soldagem a arco de argônio, pode-se descobrir que a energia específica da soldagem a laser de liga de alumínio é pequena, e a zona afetada pelo calor é pequena.
2) A deformação da soldagem é pequena. O diâmetro do ponto do feixe de laser focado é muito pequeno, de modo que o feixe de laser tem uma pequena área de ação no material, a zona afetada pelo calor é relativamente pequena e a deformação é relativamente pequena.
3) A eficiência da produção é alta. O diâmetro do ponto do laser é pequeno, a densidade de potência é alta, permitindo alta velocidade de soldagem, boa qualidade de solda e alta eficiência de produção.
4) O grão é fino. No processo de soldagem a laser, a temperatura máxima da solda é alta, o tempo de residência em alta temperatura é curto, a taxa de resfriamento é rápida, o grau de subresfriamento é grande e a estrutura da solda é fina.

Devido às propriedades físicas, composição química e características estruturais da liga de alumínio, esse método também apresenta alguns problemas, principalmente nos cinco aspectos a seguir.
1) A refletividade é alta. Quando a temperatura inicial da superfície incidente do feixe é baixa, a refletividade da soldagem a laser de liga de alumínio é muito alta. Conforme a temperatura aumenta, a superfície da liga de alumínio derrete e vaporiza, e sua taxa de absorção aumenta rapidamente.
2) Fácil de produzir poros. A costura de soldagem a laser é profunda e estreita, e a velocidade de resfriamento da liga de alumínio é rápida, e os poros não têm tempo para transbordar.
3) Os requisitos de montagem de soldagem são altos. Depois que o laser é focado, o diâmetro do ponto é muito pequeno. Para uma máquina de soldagem a laser sem função de oscilação, o feixe é facilmente deslocado na costura de solda, o que pode facilmente levar à má formação da solda.
4) O elemento de liga queima. Elementos como Mn, Mg e Zn em ligas de alumínio têm uma forte capacidade de absorver luz laser, o que causará evaporação e queima, resultando em uma diminuição no desempenho da solda.
5) Respingos de soldagem. O efeito de reflexão da liga de alumínio no laser é óbvio. Para garantir a penetração efetiva, os parâmetros de maior potência são geralmente selecionados para soldagem. A alta densidade de energia e a alta temperatura de pico facilitam a geração de respingos quando uma grande quantidade de vapor passa por um espaço estreito em um curto período de tempo, especialmente na soldagem a laser pulsado de alta potência.

2 Desenvolvimento da tecnologia de soldagem a laser de liga de alumínio
2.1 Oleoduto
1) O oleoduto de liga de alumínio pode efetivamente aumentar o diâmetro do oleoduto e a espessura da parede do tubo, para que o oleoduto possa transportar mais óleo no tempo nominal. O transporte de petróleo por oleoduto é muito perigoso e propenso a vazamentos. Uma vez que um vazamento ocorre, ele pode causar perdas de propriedade imensuráveis, vítimas, poluição ambiental, poluição da água e outros grandes riscos.
2) Ao soldar tubos de liga de alumínio, é fundamental melhorar a qualidade da soldagem e evitar defeitos de soldagem.
3) A soldagem a laser de tubos de liga de alumínio pode produzir benefícios muito grandes e, ao mesmo tempo, pode controlar efetivamente a qualidade da soldagem. Durante a soldagem, pode garantir que a costura de solda seja formada uma vez e a qualidade da soldagem seja relativamente alta, o que pode evitar o risco de vazamento de óleo causado por defeitos na costura de solda.

2.2 Soldagem a laser de caixa de bateria de liga de alumínio para veículos de nova energia
Na indústria de veículos de nova energia, devido ao aumento do peso dos conjuntos de baterias, há uma demanda maior por estruturas leves. Portanto, em comparação com materiais compostos reforçados com fibra de carbono com custos mais altos e aço de alta resistência com maior densidade, o alumínio e as ligas de alumínio são, sem dúvida, importantes.
Tornou-se o material de escolha para várias estruturas de invólucros de baterias, desde invólucros e abas de baterias, módulos e conectores até bandejas de baterias; placas de liga de alumínio, perfis e ligas de alumínio fundido têm sido amplamente utilizados.
Células de casca quadrada são os produtos mais populares para aplicações de soldagem a laser de liga de alumínio, incluindo vedações de casca, válvulas à prova de explosão, postes, furos de injeção de líquido e conexões macias, etc. Os materiais usados incluem alumínio puro e ligas de alumínio da série 3, com boa soldabilidade, especialmente sob o processo de soldagem a laser oscilante, juntas soldadas quase sem defeitos que atendem às condições de vedação são formadas.
O processo acima adota laser de fibra convencional e cabeça de soldagem de galvanômetro de varredura, que pode realizar soldagem a laser de alta qualidade e alta eficiência. Atualmente, um equipamento de linha de produção de soldagem a laser personalizado completo foi formado no mercado. Os novos módulos de bateria de veículos de energia e bandejas de bateria têm um alto grau de individualização e usam principalmente ligas de alumínio da série 6 com alta resistência, e alguns usam ligas de alumínio da série 5.

Atualmente, o processo de soldagem MIG e a tecnologia de soldagem por fricção e agitação são usados principalmente. De acordo com as diferentes necessidades e características de design do produto, há aproximadamente dois tipos.
O primeiro tipo é o case de bateria de módulo sem suporte de carga, que é caracterizado pela existência de placas de liga de alumínio com espessura ≤1,5 mm e não tem requisitos de vedação para a estrutura geral. E é soldado na forma de soldagem de penetração de sobreposição, junta de topo, soldagem de filete de sobreposição, etc.
Usar um único laser ou um laser swing pode atender às necessidades de profundidade de fusão e largura de fusão. Os requisitos para esse tipo de produto são relativamente simples, então o processo não é difícil e tem sido aplicado na produção.
As soluções técnicas são fornecidas principalmente por fabricantes de cabeçotes de laser e integradores de sistemas de laser. No entanto, devido ao uso de soldagem a laser única, os requisitos para folga de montagem do produto são relativamente altos, então a consistência da qualidade da soldagem é muito afetada pela precisão dimensional dos materiais recebidos e pelo processo de fixação.

O segundo tipo é que o produto tem requisitos de vedação, e alguns requisitos devem suportar condições de retenção de pressão por um certo período de tempo. A espessura da folha é geralmente de 3 a 5 mm, e a montagem com perfis de liga de alumínio envolve juntas de topo, juntas de canto, juntas de sobreposição, etc.
Devido ao tamanho menor do produto em comparação com a bandeja da bateria e às condições de serviço relativamente baixas, tanto o fabricante quanto o usuário pretendem atualizar o processo de soldagem de soldagem MIG para soldagem a laser. Atualmente, está no estágio de exploração e teste do processo de soldagem a laser, que é realizado principalmente por institutos de pesquisa científica, fornecedores de laser e fabricantes de peças.

2.3 Aplicação da tecnologia de soldagem a laser de liga de alumínio na construção naval
Devido à baixa densidade e ao peso mais leve do material de liga de alumínio, o centro de gravidade do navio é reduzido enquanto reduz o peso do navio, o que é propício para melhorar a segurança e a estabilidade do navio. Portanto, é amplamente utilizado em alguns navios, como iates, navios de cruzeiro, submarinos, barcos de pesca, etc. A aplicação da soldagem a laser na indústria de construção naval também é relativamente comum. Devido ao grande tamanho do casco, a soldagem desempenhou um papel importante na indústria de construção naval. O uso da soldagem a laser é propício para obter soldagens de alta resistência, reduzindo assim a espessura da liga de alumínio usada. Para atingir o propósito de peso leve e alta resistência. Os Estados Unidos calcularam que um porta-aviões construído com tecnologia de soldagem a laser pode economizar 200 toneladas de peso. Na verdade, quando você constrói esses grandes navios de cruzeiro na Europa hoje, a taxa de aplicação da soldagem a laser excedeu 20%, e a taxa de utilização alvo no futuro é 50%.

2.4 Soldagem a laser da estrutura do painel de liga de alumínio da aeronave

O peso leve das aeronaves de aviação desempenha um papel importante na redução do consumo de combustível, aumentando o alcance de cruzeiro e prolongando a vida útil das aeronaves. Comparado com ligas de titânio e materiais compostos de fibra de carbono, o custo das ligas de alumínio é relativamente baixo. Portanto, na fabricação de fuselagens de aeronaves, as ligas de alumínio representam uma grande proporção, principalmente ligas de alumínio das séries 7, 6 e 2. Na aplicação da conexão entre a pele do painel da fuselagem e as longarinas, o método tradicional usa tecnologia de rebitagem, e a pele e as longarinas adotam uma estrutura de junta sobreposta. Devido ao peso extra gerado pela borda sobreposta do rebite e da longarina, e a eficiência da produção é baixa, a longarina e a pele são alteradas para uma estrutura em forma de T, e a soldagem a laser é realizada nos lados esquerdo e direito simultaneamente para substituir a borda sobreposta Com rebites, tem efeitos óbvios na redução do peso da fuselagem, melhorando a eficiência da conexão e reduzindo o custo de fabricação. Por exemplo, os oito painéis do modelo Airbus A380 são fabricados usando tecnologia de soldagem simultânea a laser de dupla face, o que reduz o peso da fuselagem em 10%.

Para resumir, embora a soldagem de liga de alumínio tenha os problemas de um processo complicado e difícil processamento, com a crescente demanda por liga de alumínio no processo de industrialização, o papel que ela desempenha na vida está se tornando cada vez mais importante.
Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de soldagem a laser, a aplicação de nova tecnologia de soldagem na produção de soldagem aeroespacial será desenvolvida rapidamente. A automação de soldagem e a capacidade de garantir alta qualidade e alta confiabilidade serão os requisitos básicos da tecnologia de soldagem no século XXI.
Portanto, ao melhorar e otimizar o processo de soldagem de ligas de alumínio, é necessário considerar totalmente o custo, o grau avançado do método e a eficiência da soldagem, a fim de suprimir ao máximo a ocorrência de poros e trincas, controlar os defeitos das juntas e formar uma boa solda com excelente qualidade.