LAWALU - Towards Successful Laser Welding of Aluminium

Aluminiumlegeringer er en viktig gruppe metalliske legeringer for moderne industri. Norge som en av de største aluminiumsprodusentene i Europa bør utvide sin anvendelse gjennom innovative produksjonsprosesser som avansert laserbasert sveising. Laserbasert sveising er en raskt voksende sammenføyningsprosess som er attraktiv for sammenføyning av aluminiumslegeringer og gir en betydelig økning i produktivitet sammenlignet med konvensjonell lysbuesveising. Dessuten kan en stor del av kostbare sveisetilsatser spares, noe som gir reduserte CO2-utslipp ved smart utnyttelse av materialer. Laserbasert sveising av tykke plater fungerer i nøkkelhullsmodus der et dypt dampfylt hulrom dannes på grunn av høykonsentrert energi fra den fokuserte strålen. Dette muliggjør mye høyere sveisehastigheter og krever kun noen få passeringer selv for tykke plater. Imidlertid er slike dype kapillærer kvasistabile og utsatt for ustabilitet, og dermed kan porøsitet og andre ufullkommenheter lett dannes. Prosjektet vil gi et eksperimentelt rammeverk for optimalisering av parametere med sikte på å redusere porøsitetsnivåer til et minimum for kvalifisering. I tillegg vil komplekse numeriske modeller og kontinuerlige overvåkingssystemer bidra til dybdeforståelse av lasersveisingsfysikk. Prosjektet vil utvikle en designbasert tilnærming av aluminiumskonstruksjoner for å øke styrke og varighet under komplekse belastninger og være laser-vennlig for forbedret produksjon. Utvikling av avanserte prosessovervåkings- og deteksjonssystemer vil bidra til forbedret automatisering for å øke kvaliteten på produktene og minimere overskuddsmateriale. Det endelige målet med prosjektet er evnen til å demonstrere potensialet til laserbaserte sveisesystemer slik at industrielle partnere kan implementere dem i sine produksjonslinjer.

Aluminium is light, strong, durable and recyclable, which becomes more and more attractive for many industry sectors. The low density of aluminium, resulting in a high strength-to-weight ratio, makes it a favourable material for structures in a variety of applications, e.g., buildings, automotive, aerospace, helideck, living quarters and offshore and onshore wind etc. The increased use of aluminium in large structures will significantly contribute to achieving the Norway's new climate target: emissions to be cut by at least 55% by 2030 compared to the 1990 level. Despite its advantages, there are several challenges that limit the widespread use of aluminum in large structures, e.g., lacking efficient joining technology, poor weld quality and fatigue properties of aluminium structures and conservatisms in design. The LAWALU project will introduce an innovative laser welding technology that has been unanimously recognized by all partners as the future solution for aluminium structure production. The LAWALU project is designed to solve technical challenges associated with laser welding of aluminium, which is regarded as an energy efficient and economically viable solution for production of aluminium structures based on deep understanding of the aluminium business value chain and long-term collaboration between the participating industry partners. The R&D challenges that will be addressed in this project include 1) developing performance- and physics-based design principles for aluminium structures, 2) understanding of material-laser interactions and developing laser welding process parameters and 3) developing in-situ monitoring and quality control techniques. The planned innovation developed in LAWALU will result in 1) increased production efficiency and reduced cost, 2) improved product quality and structural performance, 3) a shift of design philosophy for aluminium structures.