Введение
Широкое применение лазерной сварки алюминиевых сплавов в промышленном производстве дало значительные преимущества для устойчивого развития и социально-экономического прогресса, поскольку одновременно повышает прочность сварного шва и снижает потребление энергии. Несмотря на многообещающие перспективы этих сплавов, текущие исследования, конкретно направленные на снижение энергопотребления в процессах лазерной сварки, остаются ограниченными. Это исследование преследует двойную цель: повысить прочность соединения и снизить энергопотребление за счет включения следовых количеств углеродных нанотрубок в алюминиевый сплав 2А12. В исследовании определена «эффективность сварки», установлена модель энергопотребления при лазерной сварке алюминиевых сплавов, а также проведен сравнительный анализ процесса лазерной сварки с добавлением углеродных нанотрубок и стандартного процесса лазерной сварки. Результаты показывают, что добавление микроуглеродных нанотрубок приводит к снижению энергопотребления более чем на 33% и увеличению прочности соединения на 101 МПа. Кроме того, по сравнению с другими процессами лазерной сварки алюминиевых сплавов, описанными в существующей литературе, этот метод демонстрирует значительные преимущества-сбережения энергии. Такое улучшение характеристик объясняется тем, что следы углеродных нанотрубок увеличивают скорость лазерного поглощения алюминиевого сплава, а нанотрубки, оставшиеся внутри соединения, действуют как армирующая среда. Это исследование предлагает новые идеи и методы для достижения низкого-углеродистого и высокого-качества сварки алюминиевых сплавов.
Это исследование значительно повысило энергоэффективность лазерной сварки алюминиевых сплавов и снизило энергопотребление сварки за счет добавления следовых количеств углеродных нанотрубок. Сначала был проведен сравнительный анализ стандартного процесса лазерной сварки и процесса лазерной сварки с использованием углеродных нанотрубок на основе установленных моделей энергопотребления и эффективности сварки. Во-вторых, процесс LC-3 сравнивался с данными о потреблении энергии лазера, представленными в соответствующей литературе. Одновременно с этим в систему оценки каждого соединения были включены механические свойства,-важный показатель качества сварки-. В конечном итоге была выяснена внутренняя корреляция между энергосберегающими возможностями процесса ЛК-3 и улучшенными характеристиками сварных соединений. Основные выводы суммируются следующим образом:
По сравнению со стандартным процессом лазерной сварки, процесс лазерной сварки с использованием следовых количеств углеродных нанотрубок (LC-3) продемонстрировал повышение эффективности сварки на 33% и экономию энергии примерно на 33%. Кроме того, процесс LC-3 продемонстрировал значительные преимущества с точки зрения снижения расхода материала.
По сравнению с существующими процессами процесс LC-3 достиг наивысшей эффективности сварки, достигнув 60 мм²/с·кВт. Для алюминиевых сплавов эквивалентной толщины процесс LC-3 также продемонстрировал самое низкое энергопотребление лазера.
Превосходные характеристики-сбережения энергии и высокая-эффективность процесса LC-3 обусловлены, прежде всего, уникальными свойствами светопоглощения микроуглеродных нанотрубок. Заполняя сварной шов, эти нанотрубки значительно повышают скорость поглощения лазерной энергии алюминиевым сплавом, тем самым сводя к минимуму потери лазерной энергии на начальных этапах процесса сварки.
