Лазерная сварка алюминиевых сплавов долгое время была трудной и горячей областью для научно-исследовательских институтов и предприятий, чтобы продолжать проводить технические исследования и применение. С постоянным ростом спроса на рынке на легкие конструкции и постепенным развитием высокомощных лазеров и лазерных головок, стоимость систем лазерной сварки имеет тенденцию к снижению.

В этом контексте основным узким местом, ограничивающим расширение применения лазерной сварки алюминиевых сплавов, станет смещение затрат на технологию сварки.

Прорывы в области новых или трудносвариваемых материалов из алюминиевых сплавов и технологии лазерной сварки в особых случаях применения со сложными конструкциями из толстых пластин станут новой технологией лазерной сварки алюминиевых сплавов.

1 Характеристики лазерной сварки алюминиевых сплавов
С постоянным появлением мощных и высокопроизводительных лазерных сварочных аппаратов технология лазерной сварки алюминиевых сплавов быстро развивалась и стала самым перспективным методом сварки алюминиевых сплавов. Этот метод имеет отличительные характеристики с точки зрения цикла нагрева сварки, химической металлургии, эффективности производства и формы сварного шва.
Лазерная сварка алюминиевых сплавов имеет следующие четыре преимущества:
1) Удельная энергия сварки мала. Удельная энергия сварки относится к энергии, необходимой для сварки единичной поверхности. Сравнивая удельную энергию сварки лазерной и аргонодуговой сварки, можно обнаружить, что удельная энергия лазерной сварки алюминиевых сплавов мала, а зона термического влияния мала.
2) Деформация сварки мала. Диаметр пятна сфокусированного лазерного луча очень мал, поэтому лазерный луч имеет небольшую площадь воздействия на материал, зона термического влияния относительно мала, а деформация относительно мала.
3) Высокая эффективность производства. Диаметр пятна лазера небольшой, плотность мощности высокая, что обеспечивает высокую скорость сварки, хорошее качество сварки и высокую эффективность производства.
4) Зерно мелкое. В процессе лазерной сварки пиковая температура сварного шва высокая, время пребывания при высокой температуре короткое, скорость охлаждения быстрая, степень переохлаждения большая, а структура сварного шва мелкая.

Из-за физических свойств, химического состава и структурных характеристик алюминиевого сплава этот метод также имеет некоторые проблемы, главным образом в следующих пяти аспектах.
1) Отражательная способность высокая. Когда начальная температура падающей поверхности луча низкая, отражательная способность лазерной сварки алюминиевого сплава очень высокая. По мере повышения температуры поверхность алюминиевого сплава плавится и испаряется, а скорость его поглощения быстро увеличивается.
2) Легкость создания пор. Шов лазерной сварки глубокий и узкий, а скорость охлаждения алюминиевого сплава высокая, и поры не успевают переполниться.
3) Требования к сварке высокие. После фокусировки лазера диаметр пятна очень мал. Для лазерной сварочной машины без функции качания луч легко смещается на сварном шве, что может легко привести к плохому формированию сварного шва.
4) Легирующий элемент выгорает. Такие элементы, как Mn, Mg и Zn в алюминиевых сплавах, обладают сильной способностью поглощать лазерный свет, что приводит к испарению и горению, что приводит к снижению производительности сварки.
5) Сварочные брызги. Эффект отражения алюминиевого сплава на лазер очевиден. Для обеспечения эффективного проникновения для сварки обычно выбирают параметры более высокой мощности. Высокая плотность энергии и высокая пиковая температура позволяют легко генерировать брызги, когда большое количество пара проходит через узкое пространство за короткий промежуток времени, особенно при импульсной лазерной сварке высокой мощности.

2 Развитие технологии лазерной сварки алюминиевых сплавов
2.1 Нефтепровод
1) Нефтепровод из алюминиевого сплава может эффективно увеличить диаметр трубопровода и толщину стенки трубы, так что трубопровод может транспортировать больше нефти за расчетное время. Транспортировка нефти по трубопроводу очень опасна и подвержена утечкам. Как только происходит утечка, это может привести к неизмеримым имущественным потерям, жертвам, загрязнению окружающей среды, загрязнению воды и другим серьезным опасностям.
2) При сварке труб из алюминиевых сплавов это является залогом повышения качества сварки и исключения дефектов сварки.
3) Лазерная сварка алюминиевых сплавов труб может дать очень большие преимущества и в то же время эффективно контролировать качество сварки. Во время сварки можно гарантировать, что сварной шов формируется один раз, а качество сварки относительно высокое, что может предотвратить опасность утечки масла, вызванную дефектами сварного шва.

2.2 Лазерная сварка корпуса аккумуляторной батареи из алюминиевого сплава для новых энергетических транспортных средств
В отрасли новых энергетических транспортных средств, в связи с увеличением веса аккумуляторных батарей, растет спрос на легкие конструкции. Поэтому, по сравнению с армированными углеродным волокном композитными материалами с более высокой стоимостью и высокопрочной сталью с более высокой плотностью, алюминий и алюминиевые сплавы, несомненно, важны.
Он стал предпочтительным материалом для различных конструкций корпусов аккумуляторных батарей: от корпусов и выводов аккумуляторных батарей, модулей и разъемов до поддонов аккумуляторных батарей; широко используются пластины из алюминиевого сплава, профили и литые алюминиевые сплавы.
Квадратные оболочки являются наиболее популярными изделиями для лазерной сварки алюминиевых сплавов, включая уплотнения оболочки, взрывозащищенные клапаны, столбы, отверстия для впрыска жидкости, мягкие соединения и т. д. Используемые материалы включают чистый алюминий и алюминиевые сплавы 3-й серии с хорошей свариваемостью, особенно при осциллирующей лазерной сварке, образуются практически бездефектные сварные соединения, отвечающие условиям герметизации.
Вышеуказанный процесс использует обычный волоконный лазер и сканирующую гальванометрическую сварочную головку, которая может реализовать высококачественную и высокоэффективную лазерную сварку. В настоящее время на рынке сформировано полное индивидуальное оборудование для производственной линии лазерной сварки. Модули аккумуляторных батарей для новых энергетических транспортных средств и поддоны для аккумуляторных батарей имеют высокую степень индивидуализации и в основном используют алюминиевые сплавы 6-й серии с высокой прочностью, а некоторые используют алюминиевые сплавы 5-й серии.

В настоящее время в основном используются технология сварки MIG и технология сварки трением с перемешиванием. В зависимости от различных потребностей и конструктивных особенностей продукта, существует примерно два типа.
Первый тип — это ненесущий модульный корпус аккумуляторной батареи, который характеризуется наличием пластин из алюминиевого сплава толщиной ≤1,5 мм и не имеет требований к герметизации всей конструкции. И он сваривается в виде сварки внахлест, стыкового соединения, сварки внахлест и т. д.
Использование одного лазера или качающегося лазера может удовлетворить потребности в глубине плавления и ширине плавления. Требования к этому типу продукции относительно просты, поэтому процесс не сложен и применяется в производстве.
Технические решения в основном предоставляются производителями лазерных головок и интеграторами лазерных систем. Однако из-за использования сварки одним лазером требования к зазору сборки изделия относительно высоки, поэтому на постоянство качества сварки существенное влияние оказывают размерная точность входящих материалов и процесс зажима.

Второй тип заключается в том, что продукт имеет требования к герметизации, а некоторые требования должны выдерживать условия удержания давления в течение определенного периода времени. Толщина листа обычно составляет 3~5 мм, а сборка с профилями из алюминиевого сплава включает стыковые соединения, угловые соединения, соединения внахлест и т. д.
Из-за меньших размеров изделия по сравнению с поддоном аккумуляторной батареи и относительно низких условий эксплуатации, как производитель, так и пользователь намерены модернизировать процесс сварки с сварки MIG на лазерную сварку. В настоящее время он находится на стадии исследования и тестирования процесса лазерной сварки, которое в основном проводится научно-исследовательскими институтами, поставщиками лазеров и производителями деталей.

2.3 Применение технологии лазерной сварки алюминиевых сплавов в судостроении
Благодаря низкой плотности и меньшему весу алюминиевого сплава центр тяжести судна снижается, одновременно уменьшая вес судна, что способствует повышению безопасности и устойчивости судна. Поэтому он широко используется на некоторых судах, таких как яхты, круизные лайнеры, подводные лодки, рыболовные суда и т. д. Применение лазерной сварки в судостроительной промышленности также относительно распространено. Из-за большого размера корпуса сварка сыграла важную роль в судостроительной промышленности. Использование лазерной сварки способствует получению высокопрочных сварных соединений, тем самым уменьшая толщину используемого алюминиевого сплава. Для достижения цели легкого веса и высокой прочности. Соединенные Штаты подсчитали, что авианосец, построенный с использованием технологии лазерной сварки, может сэкономить 200 тонн веса. Фактически, когда вы строите эти большие круизные суда в Европе сегодня, уровень применения лазерной сварки превысил 20%, а целевой уровень использования в будущем составляет 50%.

2.4 Лазерная сварка панельной конструкции из авиационного алюминиевого сплава

Легкость авиационных самолетов играет важную роль в снижении расхода топлива, увеличении дальности полета и продлении срока службы самолета. По сравнению с титановыми сплавами и композитными материалами из углеродного волокна стоимость алюминиевых сплавов относительно низкая. Поэтому при изготовлении фюзеляжей самолетов алюминиевые сплавы составляют большую долю, в основном алюминиевые сплавы 7-й, 6-й и 2-й серий. При применении соединения между обшивкой панели фюзеляжа и стрингерами традиционный метод использует технологию клепки, а обшивка и стрингеры принимают структуру соединения внахлест. Из-за дополнительного веса, создаваемого перекрывающейся кромкой заклепки и стрингера, и низкой эффективности производства, стрингер и обшивка изменяются на Т-образную структуру, а лазерная сварка проволокой выполняется с левой и правой сторон одновременно, чтобы заменить перекрывающуюся кромку с заклепками, это имеет очевидный эффект на снижение веса фюзеляжа, повышение эффективности соединения и снижение стоимости производства. Например, восемь панелей модели Airbus A380 изготовлены с использованием технологии двухсторонней лазерной одновременной сварки, что снижает вес фюзеляжа на 10%.

Подводя итог, можно сказать, что хотя сварка алюминиевых сплавов имеет проблемы, связанные со сложностью процесса и трудностями обработки, с ростом спроса на алюминиевые сплавы в процессе индустриализации и их роли в жизни людей они становятся все более и более важными.
С быстрым развитием технологии лазерной сварки применение новой технологии сварки в аэрокосмическом сварочном производстве будет развиваться быстрыми темпами. Автоматизация сварки и способность гарантировать высокое качество и высокую надежность станут основными требованиями к технологии сварки в 21 веке.
Поэтому при совершенствовании и оптимизации процесса сварки алюминиевых сплавов необходимо в полной мере учитывать стоимость, степень совершенства метода и эффективность сварки, чтобы в максимальной степени подавить возникновение пор и трещин, контролировать дефекты соединений и формировать хороший сварной шов с превосходным качеством.