Pentru o lungă perioadă de timp, sudarea cu laser din aliaj de aluminiu a fost un domeniu dificil și fierbinte pentru ca institutele și întreprinderile de cercetare științifică să continue să efectueze cercetări și aplicații tehnice. Odată cu creșterea continuă a cererii pieței pentru structuri ușoare și dezvoltarea treptată a laserelor de mare putere și a produselor cu cap laser, costul sistemelor de sudare cu laser este pe o tendință descendentă.

În acest context, blocajul esențial care limitează extinderea aplicațiilor de sudare cu laser din aliaj de aluminiu se va muta de la costul de intrare la tehnologia de sudare.

Descoperirile în materialele din aliaj de aluminiu noi sau greu de sudat și tehnologia de sudare cu laser în aplicații specifice cu structuri complexe de plăci groase vor deveni o nouă tehnologie de sudare cu laser din aliaj de aluminiu.

1 Caracteristici de sudare cu laser din aliaj de aluminiu
Odată cu apariția continuă a mașinilor de sudat cu laser de mare putere și de înaltă performanță, tehnologia de sudare cu laser din aliaj de aluminiu s-a dezvoltat rapid și a devenit cea mai promițătoare metodă de sudare cu aliaj de aluminiu. Această metodă are caracteristici distincte în ceea ce privește ciclul căldurii de sudare, metalurgia chimică, eficiența producției și forma sudurii.
Sudarea cu laser din aliaj de aluminiu are următoarele patru avantaje:
1) Energia specifică de sudare este mică. Energia specifică de sudare se referă la energia necesară pentru sudarea unei suprafețe unitare. Comparând energia specifică de sudare a sudării cu laser și sudării cu arc cu argon, se poate constata că energia specifică a sudării cu laser din aliaj de aluminiu este mică, iar zona afectată de căldură este mică.
2) Deformarea la sudare este mică. Diametrul spotului fasciculului laser focalizat este foarte mic, astfel încât fasciculul laser are o zonă mică de acțiune asupra materialului, zona afectată de căldură este relativ mică, iar deformarea este relativ mică.
3) Eficiența producției este ridicată. Diametrul spotului laser este mic, densitatea de putere este mare, permițând viteză mare de sudare, calitate bună a sudurii și eficiență ridicată a producției.
4) Boabele sunt bune. În procesul de sudare cu laser, temperatura de vârf a sudurii este ridicată, timpul de rezidență la temperatură ridicată este scurt, viteza de răcire este rapidă, gradul de subrăcire este mare și structura de sudură este bună.

Datorită proprietăților fizice, compoziției chimice și caracteristicilor structurale ale aliajului de aluminiu, această metodă are și unele probleme, în principal în următoarele cinci aspecte.
1) Reflexivitatea este mare. Când temperatura inițială a suprafeței incidente a fasciculului este scăzută, reflectivitatea sudării cu laser din aliaj de aluminiu este foarte mare. Pe măsură ce temperatura crește, suprafața aliajului de aluminiu se topește și se vaporizează, iar rata sa de absorbție crește rapid.
2) Usor de produs pori. Cusătura de sudură cu laser este adâncă și îngustă, iar viteza de răcire a aliajului de aluminiu este rapidă, iar porii nu au timp să se reverse.
3) Cerințele de asamblare de sudură sunt ridicate. După focalizarea laserului, diametrul spotului este foarte mic. Pentru o mașină de sudură cu laser fără funcție de balansare, fasciculul este deplasat cu ușurință pe cordonul de sudură, ceea ce poate duce cu ușurință la formarea slabă a sudurii.
4) Elementul de aliere se arde. Elemente precum Mn, Mg și Zn din aliajele de aluminiu au o capacitate puternică de a absorbi lumina laser, ceea ce va provoca evaporarea și arderea, ducând la o scădere a performanței sudurii.
5) Stropi de sudură. Efectul de reflexie al aliajului de aluminiu asupra laserului este evident. Pentru a asigura penetrarea eficientă, parametrii de putere mai mare sunt de obicei selectați pentru sudare. Densitatea ridicată de energie și temperatura de vârf înaltă facilitează generarea de stropi atunci când o cantitate mare de abur trece printr-un spațiu îngust într-o perioadă scurtă de timp, în special în sudarea cu laser pulsat de mare putere.

2 Dezvoltarea tehnologiei de sudare cu laser a aliajului de aluminiu
2.1 Conducta de petrol
1) Conducta de ulei din aliaj de aluminiu poate crește eficient diametrul conductei și grosimea peretelui conductei, astfel încât conducta să poată transporta mai mult ulei în timpul nominal. Transportul petrolului prin conducte este foarte periculos și predispus la scurgeri. Odată ce apare o scurgere, aceasta poate provoca pierderi incomensurabile de proprietăți, victime, poluare a mediului, poluare a apei și alte pericole majore.
2) Atunci când sudați țevi din aliaj de aluminiu, este cheia îmbunătățirii calității sudurii și evitarea defectelor de sudare.
3) Țevile din aliaj de aluminiu de sudare cu laser pot produce beneficii foarte mari și, în același timp, pot controla eficient calitatea sudurii. În timpul sudării, se poate asigura că cusătura de sudură este formată o dată și calitatea sudurii este relativ ridicată, ceea ce poate evita pericolul de scurgere a uleiului cauzat de defectele cusăturii de sudură.

2.2 Sudarea cu laser a carcasei bateriei din aliaj de aluminiu pentru vehicule cu energie nouă
În industria vehiculelor cu energie nouă, datorită creșterii greutății pachetelor de baterii, există o cerere mai mare pentru structuri ușoare. Prin urmare, în comparație cu materialele compozite armate cu fibră de carbon cu costuri mai mari și cu oțelul de înaltă rezistență cu densitate mai mare, aluminiul și aliajele de aluminiu sunt fără îndoială importante.
A devenit materialul de alegere pentru diferite structuri ale carcasei bateriei, de la carcase și urechi de baterie, module și conectori, la tăvi pentru baterii, plăci din aliaj de aluminiu, profile și aliaje de aluminiu turnate au fost utilizate pe scară largă.
Celulele cu carcasă pătrată sunt cele mai populare produse pentru aplicațiile de sudare cu laser din aliaj de aluminiu, inclusiv garnituri de etanșare, supape rezistente la explozie, stâlpi, găuri de injecție de lichid și conexiuni moi, etc. Materialele utilizate includ aluminiu pur și aliaje de aluminiu din seria 3, cu bune sudabilitate, în special În cadrul procesului de sudare cu laser oscilant, se formează îmbinări sudate aproape fără defecte care îndeplinesc condițiile de etanșare.
Procesul de mai sus adoptă laser cu fibre convenționale și cap de sudură galvanometru de scanare, care poate realiza sudare cu laser de înaltă calitate și de înaltă eficiență. În prezent, pe piață a fost format un echipament complet personalizat de linie de producție de sudare cu laser. Modulele de baterii pentru vehicule cu energie noi și tăvile pentru baterii au un grad ridicat de individualizare și folosesc în principal aliaje de aluminiu din seria 6 cu rezistență ridicată, iar unele folosesc aliaje de aluminiu din seria 5.

În prezent, sunt utilizate în principal procesul de sudare MIG și tehnologia de sudare prin frecare. În funcție de diferitele nevoi și caracteristici de design ale produsului, există aproximativ două tipuri.
Primul tip este carcasa bateriei modulului neportant, care se caracterizează prin existența plăcilor din aliaj de aluminiu cu o grosime de ≤1,5 mm și nu are cerințe de etanșare pentru structura generală. Și este sudat sub formă de sudură prin penetrare, îmbinare cap la cap, sudare în filet, etc.
Utilizarea unui singur laser sau a unui laser swing poate satisface nevoile de adâncime de topire și lățime de topire. Cerințele pentru acest tip de produs sunt relativ simple, astfel încât procesul nu este dificil și a fost aplicat în producție.
Soluțiile tehnice sunt furnizate în principal de producătorii de capete laser și integratorii de sisteme laser. Cu toate acestea, datorită utilizării sudurii cu un singur laser, cerințele pentru spațiul de asamblare a produsului sunt relativ mari, astfel încât consistența calității sudurii este foarte afectată de precizia dimensională a materialelor primite și de procesul de prindere.

Al doilea tip este că produsul are cerințe de etanșare, iar unele cerințe trebuie să reziste la condițiile de menținere a presiunii pentru o anumită perioadă de timp. Grosimea tablei este de obicei de 3 ~ 5 mm, iar ansamblul cu profile din aliaj de aluminiu implică îmbinări cap la cap, îmbinări de colț, îmbinări suprapuse etc.
Datorită dimensiunii mai mici a produsului în comparație cu tava bateriei și condițiilor de serviciu relativ scăzute, atât producătorul, cât și utilizatorul intenționează să actualizeze procesul de sudare de la sudarea MIG la sudarea laser. În prezent, se află în etapa de explorare și testare a procesului de sudare cu laser, care este efectuată în principal de institute de cercetare științifică, furnizori de laser și producători de piese.

2.3 Aplicarea tehnologiei de sudare cu laser din aliaj de aluminiu în construcția navelor
Datorită densității scăzute și greutății mai ușoare a materialului din aliaj de aluminiu, centrul de greutate al navei este coborât, reducând în același timp greutatea navei, ceea ce contribuie la îmbunătățirea siguranței și stabilității navei. Prin urmare, este utilizat pe scară largă în unele nave, cum ar fi iahturi, nave de croazieră, submarine, bărci de pescuit etc. Aplicarea sudării cu laser în industria construcțiilor navale este, de asemenea, relativ comună. Datorită dimensiunii mari a carenei, sudarea a jucat un rol major în industria construcțiilor navale. Utilizarea sudurii cu laser este favorabilă obținerii de suduri de înaltă rezistență, reducând astfel grosimea aliajului de aluminiu utilizat. Pentru a atinge scopul de greutate ușoară și rezistență ridicată. Statele Unite au calculat că un portavion construit cu tehnologie de sudare cu laser poate economisi 200 de tone de greutate. De fapt, când construiți astăzi aceste nave mari de croazieră în Europa, rata de aplicare a sudării cu laser a depășit 20%, iar rata de utilizare țintă în viitor este 50%.

2.4 Sudarea cu laser a structurii panoului din aliaj de aluminiu aeronave

Greutatea ușoară a aeronavelor de aviație joacă un rol important în reducerea consumului de combustibil, creșterea autonomiei de croazieră și prelungirea duratei de viață a aeronavei. În comparație cu aliajele de titan și materialele compozite din fibră de carbon, costul aliajelor de aluminiu este relativ scăzut. Prin urmare, în fabricarea fuzelajelor de aeronave, aliajele de aluminiu reprezintă o mare parte, în principal aliajele de aluminiu din seria 7, seria 6 și seria 2. În aplicarea conexiunii dintre pielea panoului fuselajului și stringers, metoda tradițională folosește tehnologia de nituire, iar pielea și stringers adoptă o structură de îmbinare în poală. Datorită greutății suplimentare generate de marginea suprapusă a nitului și a stringerului, iar eficiența producției este scăzută, stringerul și pielea sunt schimbate într-o structură în formă de T, iar sudarea cu sârmă cu laser se realizează pe părțile stânga și dreapta simultan pentru a înlocui marginea suprapusă Cu nituri, are efecte evidente asupra reducerii greutății fuselajului, îmbunătățirea eficienței conexiunii și reducerea costului de fabricație. De exemplu, cele opt panouri ale modelului Airbus A380 sunt fabricate folosind tehnologia de sudare simultană cu laser pe două fețe, care reduce greutatea fuselajului cu 10%.

În concluzie, deși sudarea aliajului de aluminiu are probleme legate de procese complicate și procesare dificilă, odată cu creșterea cererii de aliaj de aluminiu în procesul de industrializare și rolul pe care îl joacă în viață devine din ce în ce mai important.
Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei de sudare cu laser, aplicarea noii tehnologii de sudare în producția de sudare aerospațială va fi dezvoltată rapid. Automatizarea sudurii și capacitatea de a garanta calitate înaltă și fiabilitate ridicată vor fi cerințele de bază ale tehnologiei de sudare în secolul XXI.
Prin urmare, la îmbunătățirea și optimizarea procesului de sudare a aliajelor de aluminiu, este necesar să se ia în considerare pe deplin costul, gradul avansat al metodei și eficiența sudării, pentru a suprima în cea mai mare măsură apariția porilor și fisurilor, controlul. defectele îmbinărilor și formează o sudură bună cu o calitate excelentă.