Indledning
Den udbredte anvendelse af lasersvejsning til aluminiumslegeringer i industriel produktion har givet betydelige fordele for bæredygtig udvikling og samfundsøkonomiske fremskridt, da det samtidig forbedrer svejsestyrken og reducerer energiforbruget. På trods af de lovende udsigter for disse legeringer, er den nuværende forskning, der specifikt vedrører energiforbrugsreduktion under deres lasersvejseprocesser, begrænset. Denne undersøgelse opnår de dobbelte mål om at forbedre ledstyrken og reducere energiforbruget ved at inkorporere spormængder af kulstof nanorør i 2A12 aluminiumslegering. Undersøgelsen definerer "svejseeffektivitet", etablerer en energiforbrugsmodel til lasersvejsning af aluminiumslegeringer og udfører en sammenlignende analyse mellem lasersvejseprocessen med carbonnanorørtilsætning og standard lasersvejseprocessen. Resultaterne viser, at tilsætning af sporkulstof nanorør fører til en reduktion af energiforbruget på over 33 % og en stigning i fugestyrken på 101 MPa. Sammenlignet med andre lasersvejseprocesser for aluminiumslegeringer, der er rapporteret i eksisterende litteratur, udviser denne teknik desuden betydelige energibesparende-fordele. Disse præstationsforbedringer tilskrives det faktum, at sporkulstof-nanorørene øger aluminiumslegeringens laserabsorptionshastighed, mens nanorørene, der er tilbage i leddet, fungerer som et forstærkende medium. Denne undersøgelse giver ny indsigt og metoder til at opnå lav-kulstofsvejsning af høj-kvalitet af aluminiumslegeringer.
Denne undersøgelse forbedrede energieffektiviteten ved lasersvejsning af aluminiumslegering betydeligt og reducerede svejseenergiforbruget gennem tilføjelse af spormængder af kulstofnanorør. Først blev der udført en sammenlignende analyse mellem standard lasersvejseprocessen og lasersvejseprocessen, der inkorporerer kulstof nanorør, baseret på etablerede energiforbrug og svejseeffektivitetsmodeller. For det andet blev LC-3-processen benchmarket med data om laserenergiforbrug rapporteret i relevant litteratur. Samtidig blev mekaniske egenskaber-en kritisk målestok for svejsekvalitet-indarbejdet i evalueringsrammen for hver samling. I sidste ende blev den iboende sammenhæng mellem LC-3-processens energibesparende egenskaber og den forbedrede ydeevne af de svejste samlinger belyst. De vigtigste resultater er opsummeret som følger:
Sammenlignet med standard lasersvejseprocessen viste lasersvejseprocessen, der inkorporerede spormængder af kulstofnanorør (LC-3), en stigning på 33 % i svejseeffektivitet og opnåede energibesparelser på ca. 33 %. Desuden udviste LC-3-processen betydelige fordele med hensyn til at reducere materialeforbruget.
I forhold til eksisterende processer opnåede LC-3-processen den højeste svejseeffektivitet og nåede 60 mm²/s·kW. For aluminiumslegeringer af tilsvarende tykkelse viste LC-3-processen også det laveste laserenergiforbrug.
De overlegne energi-besparende og høje-effektivitetsegenskaber ved LC-3-processen stammer primært fra de unikke lysabsorberende egenskaber af sporkulstof nanorør. Ved at udfylde svejsesømmen forbedrede disse nanorør aluminiumslegeringens absorptionshastighed af laserenergi betydeligt, og derved minimerede laserenergitabet under de indledende faser af svejseprocessen.
