Uzun zamandır alüminyum alaşımlı lazer kaynaklama, bilimsel araştırma enstitüleri ve işletmelerinin teknik araştırma ve uygulama yapmaya devam etmesi için zor ve sıcak bir alan olmuştur. Hafif yapılara yönelik pazar talebinin sürekli büyümesi ve yüksek güçlü lazerlerin ve lazer başlığı ürünlerinin kademeli olarak geliştirilmesiyle, lazer kaynak sistemlerinin maliyeti düşüş eğilimindedir.

Bu bağlamda, alüminyum alaşımlı lazer kaynak uygulamalarının yaygınlaşmasını kısıtlayan temel darboğaz, maliyet girdisinden kaynak teknolojisine kayacaktır.

Kalın levhaların karmaşık yapılarının bulunduğu özel uygulamalarda yeni veya kaynaklanması zor alüminyum alaşımlı malzemeler ve lazer kaynak teknolojisindeki gelişmeler, alüminyum alaşımlı lazer kaynak teknolojisini yeni bir teknoloji haline getirecektir.

1 Alüminyum alaşımlı lazer kaynak özellikleri
Yüksek güçlü ve yüksek performanslı lazer kaynak makinelerinin sürekli olarak ortaya çıkmasıyla, alüminyum alaşımlı lazer kaynak teknolojisi hızla gelişmiş ve en umut verici alüminyum alaşımlı kaynak yöntemi haline gelmiştir. Bu yöntem, kaynak ısı döngüsü, kimyasal metalurji, üretim verimliliği ve kaynak şekli açısından belirgin özelliklere sahiptir.
Alüminyum alaşımlı lazer kaynak yönteminin aşağıdaki dört avantajı vardır:
1) Kaynak özgül enerjisi küçüktür. Kaynak özgül enerjisi, bir birim yüzeyi kaynaklamak için gereken enerjiyi ifade eder. Lazer kaynağı ve argon ark kaynağının kaynak özgül enerjisi karşılaştırıldığında, alüminyum alaşımlı lazer kaynağının özgül enerjisinin küçük ve ısıdan etkilenen bölgenin küçük olduğu görülebilir.
2) Kaynak deformasyonu küçüktür. Odaklanmış lazer ışınının nokta çapı çok küçüktür, bu nedenle lazer ışınının malzeme üzerinde küçük bir etki alanı vardır, ısıdan etkilenen bölge nispeten küçüktür ve deformasyon nispeten küçüktür.
3) Üretim verimliliği yüksektir. Lazer nokta çapı küçük, güç yoğunluğu yüksektir, yüksek kaynak hızı, iyi kaynak kalitesi ve yüksek üretim verimliliği sağlar.
4) Tanecik incedir. Lazer kaynak işleminde, kaynağın tepe sıcaklığı yüksektir, yüksek sıcaklıkta kalma süresi kısadır, soğuma hızı hızlıdır, alt soğuma derecesi büyüktür ve kaynak yapısı incedir.

Alüminyum alaşımının fiziksel özellikleri, kimyasal bileşimi ve yapısal karakteristikleri nedeniyle bu yöntemde de bazı sorunlar bulunmaktadır, özellikle aşağıdaki beş açıdan sorunlar yaşanmaktadır.
1) Yansıtma yüksektir. Işının olay yüzeyinin başlangıç sıcaklığı düşük olduğunda, alüminyum alaşımlı lazer kaynağının yansıtma özelliği çok yüksektir. Sıcaklık arttıkça, alüminyum alaşımının yüzeyi erir ve buharlaşır ve emilim oranı hızla artar.
2) Gözenek üretimi kolaydır. Lazer kaynak dikişi derin ve dardır ve alüminyum alaşımının soğutma hızı hızlıdır ve gözeneklerin taşması için zaman yoktur.
3) Kaynak montajı gereksinimleri yüksektir. Lazer odaklandıktan sonra, nokta çapı çok küçüktür. Salınım fonksiyonu olmayan bir lazer kaynak makinesi için, ışın kaynak dikişinde kolayca kaydırılır ve bu da kolayca zayıf kaynak oluşumuna yol açabilir.
4) Alaşım elementi yanar. Alüminyum alaşımlarındaki Mn, Mg ve Zn gibi elementler lazer ışığını emme konusunda güçlü bir yeteneğe sahiptir, bu da buharlaşmaya ve yanmaya neden olur ve kaynak performansında düşüşe yol açar.
5) Kaynak sıçraması. Alüminyum alaşımının lazer üzerindeki yansıma etkisi açıktır. Etkili penetrasyonu sağlamak için, kaynak için genellikle daha yüksek güç parametreleri seçilir. Yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek tepe sıcaklığı, özellikle yüksek güçlü darbeli lazer kaynakta, kısa bir süre içinde dar bir alandan büyük miktarda buhar geçtiğinde sıçramanın oluşmasını kolaylaştırır.

2 Alüminyum Alaşım Lazer Kaynak Teknolojisinin Gelişimi
2.1 Petrol boru hattı
1) Alüminyum alaşımlı petrol boru hattı, boru hattının çapını ve boru duvarının kalınlığını etkili bir şekilde artırabilir, böylece boru hattı nominal sürede daha fazla petrol taşıyabilir. Petrolün boru hattıyla taşınması çok tehlikelidir ve sızıntıya eğilimlidir. Bir sızıntı meydana geldiğinde, ölçülemez mülk kayıplarına, can kayıplarına, çevre kirliliğine, su kirliliğine ve diğer büyük tehlikelere neden olabilir.
2) Alüminyum alaşımlı boruların kaynaklanmasında kaynak kalitesinin artırılması ve kaynak hatalarının önlenmesi esastır.
3) Alüminyum alaşımlı boruların lazerle kaynaklanması çok büyük faydalar sağlayabilir ve aynı zamanda kaynak kalitesini etkili bir şekilde kontrol edebilir. Kaynak sırasında, kaynak dikişinin bir kez oluşmasını ve kaynak kalitesinin nispeten yüksek olmasını sağlayabilir, bu da kaynak dikişi kusurlarından kaynaklanan yağ sızıntısı tehlikesini önleyebilir.

2.2 Yeni enerji araçları için alüminyum alaşımlı pil kutusunun lazerle kaynaklanması
Yeni enerji araç endüstrisinde, pil paketlerinin ağırlığındaki artış nedeniyle hafif yapılara olan talep daha yüksektir. Bu nedenle, daha yüksek maliyetli karbon fiber takviyeli kompozit malzemeler ve daha yüksek yoğunluklu yüksek dayanımlı çelik ile karşılaştırıldığında, alüminyum ve alüminyum alaşımları şüphesiz önemlidir.
Çeşitli akü kabuğu yapıları için tercih edilen malzeme haline gelmiş olup, akü kabukları ve tırnaklarından, modüller ve konektörlere, akü tepsilerine, alüminyum alaşımlı plakalara, profillere ve döküm alüminyum alaşımlarına kadar yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kare kabuk hücreleri, kabuk contaları, patlamaya dayanıklı valfler, direkler, sıvı enjeksiyon delikleri ve yumuşak bağlantılar vb. dahil olmak üzere alüminyum alaşımlı lazer kaynak uygulamaları için en popüler ürünlerdir. Kullanılan malzemeler arasında, özellikle iyi kaynaklanabilirliğe sahip saf alüminyum ve 3 serisi alüminyum alaşımları bulunur. Salınımlı lazer kaynak işlemi altında, sızdırmazlık koşullarını karşılayan neredeyse kusursuz kaynaklı bağlantılar oluşturulur.
Yukarıdaki işlem, yüksek kaliteli ve yüksek verimli lazer kaynağı gerçekleştirebilen geleneksel fiber lazer ve tarama galvanometre kaynak kafasını benimser. Şu anda, pazarda tamamen özelleştirilmiş bir lazer kaynak üretim hattı ekipmanı oluşturulmuştur. Yeni enerji araç akü modülleri ve akü tepsileri yüksek derecede kişiselleştirmeye sahiptir ve çoğunlukla yüksek mukavemetli 6 serisi alüminyum alaşımları kullanır ve bazıları 5 serisi alüminyum alaşımları kullanır.

Günümüzde ağırlıklı olarak MIG kaynak prosesi ve sürtünme karıştırma kaynak teknolojisi kullanılmaktadır. Ürünün farklı ihtiyaçlarına ve tasarım özelliklerine göre kabaca iki çeşidi bulunmaktadır.
Birinci tip, ≤1,5 mm kalınlığında alüminyum alaşımlı plakaların varlığıyla karakterize edilen ve genel yapı için sızdırmazlık gereksinimi olmayan yük taşımayan modül pil kutusudur. Ve bindirme penetrasyon kaynağı, uç birleştirme, bindirme fileto kaynağı vb. şeklinde kaynaklanır.
Tek bir lazer veya salınımlı lazer kullanmak, erime derinliği ve erime genişliği ihtiyaçlarını karşılayabilir. Bu tür bir ürün için gereksinimler nispeten basittir, bu nedenle işlem zor değildir ve üretimde uygulanmıştır.
Teknik çözümler esas olarak lazer kafası üreticileri ve lazer sistem entegratörleri tarafından sağlanır. Ancak, tek lazer kaynağının kullanımı nedeniyle, ürün montaj boşluğu gereksinimleri nispeten yüksektir, bu nedenle kaynak kalitesinin tutarlılığı, gelen malzemelerin boyutsal doğruluğu ve sıkıştırma sürecinden büyük ölçüde etkilenir.

İkinci tip ise ürünün sızdırmazlık gereksinimlerinin olması ve bazı gereksinimlerin belirli bir süre boyunca basınç tutma koşullarına dayanması gerektiğidir. Sacın kalınlığı genellikle 3~5 mm'dir ve alüminyum alaşımlı profillerle yapılan montajda uç birleştirme, köşe birleştirme, bindirme birleştirme vb. yer alır.
Ürünün akü tepsisine kıyasla daha küçük boyutu ve nispeten düşük servis koşulları nedeniyle, hem üretici hem de kullanıcı kaynak işlemini MIG kaynaktan lazer kaynak işlemine yükseltmeyi amaçlamaktadır. Şu anda, esas olarak bilimsel araştırma enstitüleri, lazer tedarikçileri ve parça üreticileri tarafından yürütülen lazer kaynak işlemi keşfi ve testi aşamasındadır.

2.3 Gemi inşasında alüminyum alaşımlı lazer kaynak teknolojisinin uygulanması
Alüminyum alaşımlı malzemenin düşük yoğunluğu ve daha hafif olması nedeniyle, geminin ağırlık merkezi düşürülürken geminin ağırlığı azaltılır, bu da geminin emniyetini ve dengesini iyileştirmeye elverişlidir. Bu nedenle, yatlar, yolcu gemileri, denizaltılar, balıkçı tekneleri vb. gibi bazı gemilerde yaygın olarak kullanılır. Lazer kaynağının gemi inşa endüstrisinde uygulanması da nispeten yaygındır. Gövdenin büyük boyutu nedeniyle, kaynak gemi inşa endüstrisinde önemli bir rol oynamıştır. Lazer kaynağının kullanımı, yüksek mukavemetli kaynakların elde edilmesine elverişlidir ve böylece kullanılan alüminyum alaşımının kalınlığını azaltır. Hafiflik ve yüksek mukavemet amacına ulaşmak için. Amerika Birleşik Devletleri, lazer kaynak teknolojisiyle inşa edilen bir uçak gemisinin 200 ton ağırlıktan tasarruf edebileceğini hesaplamıştır. Aslında, bugün Avrupa'da bu büyük yolcu gemilerini inşa ettiğinizde, lazer kaynağının uygulama oranı 20%'yi aşmış olup, gelecekteki hedef kullanım oranı 50%'dir.

2.4 Uçak alüminyum alaşımlı panel yapısının lazer kaynağı

Havacılık uçaklarının hafifliği, yakıt tüketimini azaltmada, seyir menzilini artırmada ve uçağın ömrünü uzatmada önemli bir rol oynar. Titanyum alaşımları ve karbon fiber kompozit malzemelerle karşılaştırıldığında, alüminyum alaşımlarının maliyeti nispeten düşüktür. Bu nedenle, uçak gövdelerinin üretiminde alüminyum alaşımları, esas olarak 7 serisi, 6 serisi ve 2 serisi alüminyum alaşımları olmak üzere büyük bir orana sahiptir. Gövde panelinin derisi ile kirişler arasındaki bağlantının uygulanmasında, geleneksel yöntem perçinleme teknolojisini kullanır ve deri ve kirişler bir bindirme eklemi yapısını benimser. Perçinin ve kirişin üst üste binen kenarı tarafından oluşturulan ekstra ağırlık ve üretim verimliliği düşük olduğundan, kiriş ve deri T şeklinde bir yapıya dönüştürülür ve üst üste binen kenarı perçinlerle değiştirmek için sol ve sağ taraflara aynı anda lazer tel kaynağı yapılır, gövdenin ağırlığını azaltma, bağlantı verimliliğini iyileştirme ve üretim maliyetini düşürme üzerinde belirgin etkileri vardır. Örneğin Airbus A380 modelinin sekiz paneli, gövde ağırlığını 10% oranında azaltan çift taraflı lazer eş zamanlı kaynak teknolojisi kullanılarak üretiliyor.

Özetle, alüminyum alaşımı kaynak işleminin karmaşık proses ve zor işleme sorunları olmasına rağmen, endüstrileşme sürecinde alüminyum alaşımına olan talebin artması ve yaşamda oynadığı rol giderek daha da önemli hale gelmektedir.
Lazer kaynak teknolojisinin hızla gelişmesiyle birlikte havacılık kaynak üretiminde yeni kaynak teknolojisinin uygulanması hızla gelişecektir. Kaynak otomasyonu ve yüksek kalite ve yüksek güvenilirliği garanti etme yeteneği, 21. yüzyılda kaynak teknolojisinin temel gereksinimleri olacaktır.
Bu nedenle, alüminyum alaşımlarının kaynak işlemini iyileştirirken ve optimize ederken, gözenek ve çatlak oluşumunu en üst düzeyde bastırmak, birleştirme hatalarını kontrol altına almak ve mükemmel kalitede iyi bir kaynak oluşturmak için maliyeti, yöntemin ileri derecesini ve kaynak verimliliğini tam olarak dikkate almak gerekir.