Причина, чому лазерне{0}}дугове гібридне зварювання стало оптимальним рішенням для аерокосмічного виробництва, полягає в тому, що воно ефективно вирішує конфлікт між точним зварюванням великих конструкційних компонентів і відхиленнями при складанні. Під час виготовлення панелей фюзеляжу або ракетних паливних баків ця технологія використовує можливість подачі дроту дуги, щоб компенсувати монтажні зазори, які неминучі вздовж довгих зварних швів, значно знижуючи суворі вимоги до точності інструменту. У той же час дуги з лазерним-наведенням досягають глибокого провару, уможливлюючи формування пластин середньої{4}}товщини від одностороннього зварювання з одного боку до двосторонньої-сторонньої форми з дуже низьким підведенням тепла, помітно зменшуючи деформацію тонкостінних-компонентів і забезпечуючи аеродинамічну точність форми. Крім того, синергетичний ефект подвійних джерел тепла оптимізує термічний цикл ванни розплаву, полегшує вихід газу, ефективно пригнічує дефекти пористості та розтріскування, поширені у високо-міцних сплавах, і досягає ідеального поєднання високої ефективності та високої якості.
Лазерно-дугове гібридне зварювання з його перевагами глибокого провару та високою адаптивністю стало основною технологією з’єднання в сучасному аерокосмічному виробництві. Цей процес широко застосовується до критичних матеріалів, таких як алюміній, титан і високотемпературні-сплави, від корпусів літаків і ракетних баків до компонентів двигунів, що суттєво підтримує стрибок до інтегрованих, легких і високо-продуктивних літаків наступного-покоління. У великому літакобудуванні ця технологія замінює традиційну клепку для двостороннього-синхронного зварювання конструкцій фюзеляжу та обшивки. Виконуючи високошвидкісне-зварювання для балансування надходження тепла, це значно зменшує деформацію панелі; тим часом, використовуючи дугову подачу дроту для компенсації помилок складання, він забезпечує якість над-зварних швів, досягаючи структурної інтеграції та надзвичайного зменшення ваги.
Для зварювання циліндричних секцій із високоміцних алюмінієвих сплавів кріогенних паливних баків (рідкий водень/рідкий кисень) у ракетах-носіях гібридне лазерне-дугове зварювання в основному використовується для вирішення проблеми одно-стороннього зварювання з дво-формуванням на пластинах середньої-товщини. У цьому сценарії композитне джерело тепла проникає в пластину через ефект замкової щілини, а дуга розтікається по поверхні і доповнює легуючі елементи. Ця комбінація не тільки підвищує ефективність зварювання в 3-5 разів, але, що більш важливо, контролюючи температурний градієнт і швидкість охолодження ванни розплаву, ефективно пригнічує пористість і розм’якшення з’єднань, які схильні до виникнення в алюмінієвих-літієвих сплавах, значно покращуючи низько-температурні механічні властивості та надійність герметизації зварних швів резервуару. У секторі аерокосмічних двигунів лазерне{13}}дугове гібридне зварювання в основному використовується для з’єднання та ремонту корпусів із титанового сплаву, лопатей статора та компонентів камери згоряння. Оскільки титанові сплави надзвичайно чутливі до кисню, водню та азоту за високих температур і мають низьку теплопровідність, традиційне дугове зварювання легко призводить до грубого зерна та надмірно широких зон-термічного впливу. Гібридне зварювання використовує зосереджену енергію лазера для підтримки глибини проникнення при значному зниженні загального надходження тепла, мінімізації зони термічного впливу та скорочення часу впливу високих температур на компонент. Крім того, допоміжна дія дуги покращує якість поверхні зварювального шва, зменшуючи дефекти, такі як підрізання, забезпечуючи відмінну металургійну гарантію якості для компонентів двигуна, які витримують високі температури, високий тиск і високу циклічну втому.
Незважаючи на те, що лазерне{0}}дугове гібридне зварювання демонструє великий потенціал в аерокосмічному секторі, його широке впровадження все ще стикається з технічними та фінансовими обмеженнями. По-перше, зв’язок параметрів процесу надзвичайно складний, оскільки понад десять параметрів, таких як потужність лазера, діаметр плями, струм дуги, напруга, відстань між дротом і ступінь розфокусування, взаємодіють один з одним, що призводить до відносно вузького вікна процесу, де навіть незначні коливання можуть спричинити нестабільність зварювання. По-друге, вартість інтеграції та обслуговування обладнання є високою, оскільки поєднання високо-потужних лазерів і точних зварювальних роботів потребує значних інвестицій і вимагає високого рівня кваліфікації оператора. Заглядаючи вперед, очікується, що технологія розвиватиметься наступним чином: (1) інтеграція штучного інтелекту та багато-сенсорних технологій злиття (візуальних, спектральних, акустичних) для досягнення «керування-замкненим циклом» процесу зварювання. Система може виявляти відхилення в збірці або стан розплавленої ванни в режимі реального часу та автоматично регулювати параметри лазера або дуги протягом мілісекунд, повністю вирішуючи проблеми стабільності процесу.
(2) Зі збільшенням потужності синього та зеленого лазерів композиційне зварювання матеріалів із високим відбиттям для аерокосмічних алюмінієвих та мідних сплавів буде досягнуто за допомогою методу «коротка довжина хвилі + дуга», що ще більше покращить поглинання енергії та стабільність зварювання. (3) Попит на структурну-функціональну інтеграцію в аерокосмічній галузі зростає, і майбутнє композитне зварювання все більше зосереджуватиметься на з’єднанні різнорідних металів, таких як сталь-алюміній і титан-алюміній, долаючи вузькі місця металургійної несумісності завдяки точному контролю світла, електричних і матеріальних компонентів і підтримці надзвичайно легкої конструкції наступного покоління літак.
