Wstęp
Powszechne zastosowanie spawania laserowego stopów aluminium w produkcji przemysłowej przyniosło znaczące korzyści dla zrównoważonego rozwoju i postępu społeczno-gospodarczego, ponieważ jednocześnie zwiększa wytrzymałość spoiny i zmniejsza zużycie energii. Pomimo obiecujących perspektyw dla tych stopów, obecne badania dotyczące szczególnie redukcji zużycia energii podczas procesów spawania laserowego pozostają ograniczone. W badaniu tym osiągnięto podwójny cel: zwiększenie wytrzymałości stawów i zmniejszenie zużycia energii poprzez wprowadzenie śladowych ilości nanorurek węglowych do stopu aluminium 2A12. W pracy zdefiniowano „efektywność spawania”, ustalono model energochłonności spawania laserowego stopów aluminium oraz przeprowadzono analizę porównawczą procesu spawania laserowego z dodatkiem nanorurek węglowych i standardowego procesu spawania laserowego. Wyniki pokazują, że dodatek śladowych nanorurek węglowych prowadzi do redukcji zużycia energii o ponad 33% i wzrostu wytrzymałości złącza o 101 MPa. Co więcej, w porównaniu z innymi procesami spawania laserowego stopów aluminium opisanymi w istniejącej literaturze, technika ta zapewnia znaczną-oszczędność energii. Tę poprawę wydajności przypisuje się faktowi, że śladowe nanorurki węglowe zwiększają współczynnik absorpcji lasera przez stop aluminium, podczas gdy nanorurki pozostające w złączu działają jak środek wzmacniający. Badanie to dostarcza nowatorskich spostrzeżeń i metodologii pozwalających uzyskać-niskoemisyjną{13}}wysokiej jakości spawanie stopów aluminium.
Badanie to znacząco poprawiło efektywność energetyczną spawania laserowego stopów aluminium i zmniejszyło zużycie energii spawania poprzez dodatek śladowych ilości nanorurek węglowych. W pierwszej kolejności przeprowadzono analizę porównawczą standardowego procesu spawania laserowego z procesem spawania laserowego z wykorzystaniem nanorurek węglowych, w oparciu o ustalone modele zużycia energii i wydajności spawania. Po drugie, proces LC-3 porównano z danymi dotyczącymi zużycia energii lasera podanymi w odpowiedniej literaturze. Jednocześnie właściwości mechaniczne,-która jest kluczową miarą jakości spawania-, zostały uwzględnione w ramach oceny każdego złącza. Ostatecznie wyjaśniono wewnętrzną korelację pomiędzy możliwościami oszczędzania energii procesu LC-3 a zwiększoną wydajnością złączy spawanych. Najważniejsze ustalenia podsumowano w następujący sposób:
W porównaniu ze standardowym procesem spawania laserowego, proces spawania laserowego wykorzystujący śladowe ilości nanorurek węglowych (LC-3) wykazał 33% wzrost wydajności spawania i pozwolił zaoszczędzić około 33% energii. Ponadto proces LC-3 wykazał znaczące zalety w zakresie zmniejszenia zużycia materiału.
W porównaniu z istniejącymi procesami, najwyższą wydajność spawania osiągnął proces LC-3, sięgający 60 mm²/s·kW. W przypadku stopów aluminium o równoważnej grubości proces LC-3 wykazał również najniższe zużycie energii lasera.
Znakomita-oszczędność energii i wysoka-wydajność procesu LC-3 wynikają przede wszystkim z unikalnych właściwości absorpcji światła przez śladowe nanorurki węglowe. Wypełniając spoinę, nanorurki te znacznie zwiększyły stopień absorpcji energii lasera przez stop aluminium, minimalizując w ten sposób straty energii lasera w początkowych etapach procesu spawania.
