вступ
Широке застосування лазерного зварювання алюмінієвих сплавів у промисловому виробництві дало значні переваги для сталого розвитку та соціально-економічного прогресу, оскільки воно одночасно підвищує міцність зварювання та зменшує споживання енергії. Незважаючи на багатообіцяючі перспективи для цих сплавів, поточні дослідження, спрямовані на зменшення споживання енергії під час процесів їх лазерного зварювання, залишаються обмеженими. Це дослідження досягає подвійних цілей підвищення міцності з’єднання та зменшення споживання енергії шляхом включення незначних кількостей вуглецевих нанотрубок в алюмінієвий сплав 2A12. Дослідження визначає «ефективність зварювання», встановлює модель споживання енергії для лазерного зварювання алюмінієвих сплавів і проводить порівняльний аналіз між процесом лазерного зварювання з додаванням вуглецевих нанотрубок і стандартним процесом лазерного зварювання. Результати демонструють, що додавання слідів вуглецевих нанотрубок призводить до зниження споживання енергії більш ніж на 33% і збільшення міцності з’єднання на 101 МПа. Крім того, порівняно з іншими процесами лазерного зварювання алюмінієвих сплавів, про які повідомляється в існуючій літературі, ця техніка демонструє значні переваги-збереження енергії. Ці покращення продуктивності пов’язані з тим фактом, що сліди вуглецевих нанотрубок збільшують швидкість лазерного поглинання алюмінієвого сплаву, тоді як нанотрубки, що залишаються в з’єднанні, діють як зміцнююче середовище. Це дослідження пропонує нові ідеї та методології для досягнення високоякісного зварювання алюмінієвих сплавів із низьким-вуглецевим вмістом-.
Це дослідження значно підвищило енергоефективність лазерного зварювання алюмінієвих сплавів і зменшило споживання енергії зварювання завдяки додаванню незначних кількостей вуглецевих нанотрубок. Спочатку було проведено порівняльний аналіз між стандартним процесом лазерного зварювання та процесом лазерного зварювання, що включає вуглецеві нанотрубки, на основі встановлених моделей споживання енергії та ефективності зварювання. По-друге, процес LC-3 порівнювався з даними про споживання енергії лазера, наведеними у відповідній літературі. Водночас механічні властивості-, які є критично важливим показником якості зварювання-, були включені в систему оцінювання кожного з’єднання. Зрештою, було з’ясовано внутрішню кореляцію між енергозберігаючими можливостями процесу LC-3 і покращеними характеристиками зварних з’єднань. Основні висновки підсумовані таким чином:
Порівняно зі стандартним процесом лазерного зварювання, процес лазерного зварювання з використанням незначних кількостей вуглецевих нанотрубок (LC-3) продемонстрував збільшення ефективності зварювання на 33% і досягнув економії енергії приблизно на 33%. Крім того, процес LC-3 продемонстрував значні переваги з точки зору зменшення споживання матеріалу.
Порівняно з існуючими процесами процес LC-3 досяг найвищої ефективності зварювання, досягаючи 60 мм²/с·кВт. Для алюмінієвих сплавів еквівалентної товщини процес LC-3 також продемонстрував найменше споживання лазерної енергії.
Надзвичайні-енергозбереження та висока-ефективність процесу LC-3 зумовлені насамперед унікальними властивостями поглинання світла вуглецевих нанотрубок із слідами. Заповнюючи зварювальний шов, ці нанотрубки значно підвищили швидкість поглинання лазерної енергії алюмінієвим сплавом, таким чином мінімізуючи втрати енергії лазера на початкових етапах процесу зварювання.
