Bevezetés
Az alumíniumötvözetek lézeres hegesztésének széles körben elterjedt alkalmazása az ipari termelésben jelentős előnyökkel járt a fenntartható fejlődés és a társadalmi-gazdasági fejlődés szempontjából, mivel egyszerre növeli a hegesztési szilárdságot és csökkenti az energiafogyasztást. Az ezen ötvözetek ígéretes kilátásai ellenére a jelenlegi kutatások, amelyek kifejezetten a lézeres hegesztési folyamatok energiafogyasztásának csökkentésével foglalkoznak, továbbra is korlátozottak. Ez a tanulmány azt a kettős célt éri el, hogy növelje az ízületek szilárdságát és csökkentse az energiafogyasztást azáltal, hogy nyomokban szén nanocsöveket épít be a 2A12 alumíniumötvözetbe. A tanulmány meghatározza a "hegesztési hatékonyságot", energiafogyasztási modellt hoz létre alumíniumötvözetek lézeres hegesztéséhez, és összehasonlító elemzést végez a szén nanocső hozzáadásával végzett lézeres hegesztési eljárás és a szabványos lézeres hegesztési eljárás között. Az eredmények azt mutatják, hogy nyomnyi szén nanocsövek hozzáadása több mint 33%-kal csökkenti az energiafogyasztást és 101 MPa-val növeli a kötés szilárdságát. Ezenkívül az alumíniumötvözetek esetében a meglévő szakirodalomban leírt egyéb lézeres hegesztési eljárásokkal összehasonlítva ez a technika jelentős energiamegtakarítási -előnyöket mutat. Ezek a teljesítménynövekedés annak tudható be, hogy a nyomokban lévő szén nanocsövek növelik az alumíniumötvözet lézerabszorpciós sebességét, míg a kötésben maradó nanocsövek megerősítő közegként működnek. Ez a tanulmány új betekintést és módszertant kínál az alumíniumötvözetek alacsony-szén-dioxid-kibocsátású, jó{13}}minőségű hegesztéséhez.
Ez a tanulmány jelentősen javította az alumíniumötvözetből készült lézerhegesztés energiahatékonyságát és csökkentette a hegesztési energiafogyasztást nyomokban szén nanocsövek hozzáadásával. Először összehasonlító elemzést végeztünk a szabványos lézeres hegesztési eljárás és a szén nanocsöveket tartalmazó lézeres hegesztési eljárás között, a megállapított energiafogyasztási és hegesztési hatékonysági modellek alapján. Másodszor, az LC-3 folyamatot összehasonlították a vonatkozó szakirodalomban közölt lézerenergia-fogyasztási adatokkal. Ezzel egyidejűleg a mechanikai tulajdonságok -a hegesztési minőség kritikus mérőszáma-beépültek az egyes kötések értékelési keretébe. Végül az LC-3 folyamat energiatakarékos képességei és a hegesztett kötések fokozott teljesítménye közötti belső összefüggést sikerült tisztázni. A legfontosabb megállapításokat a következőképpen foglaljuk össze:
A szabványos lézeres hegesztési eljáráshoz képest a nyomokban szén nanocsöveket (LC-3) tartalmazó lézeres hegesztési eljárás 33%-os hegesztési hatékonyságnövekedést mutatott, és körülbelül 33%-os energiamegtakarítást ért el. Ezenkívül az LC-3 eljárás jelentős előnyöket mutatott az anyagfelhasználás csökkentésében.
A meglévő eljárásokhoz képest az LC-3 eljárás érte el a legmagasabb hegesztési hatékonyságot, elérve a 60 mm²/s·kW-ot. Egyenértékű vastagságú alumíniumötvözetek esetében az LC-3 eljárás a legalacsonyabb lézerenergia-fogyasztást is kimutatta.
Az LC-3-eljárás kiváló energiatakarékos-és nagy-hatékonysági jellemzői elsősorban a nyomokban lévő szén nanocsövek egyedi fényelnyelési tulajdonságaiból fakadnak. A hegesztési varrat kitöltésével ezek a nanocsövek jelentősen megnövelték az alumíniumötvözet lézerenergia-elnyelési sebességét, ezáltal minimálisra csökkentve a lézerenergia veszteséget a hegesztési folyamat kezdeti szakaszában.
