مقدمه
کاربرد گسترده جوشکاری لیزر برای آلیاژهای آلومینیوم در تولید صنعتی مزایای قابل توجهی را برای توسعه پایدار و پیشرفت اجتماعی و اقتصادی به همراه داشته است، زیرا به طور همزمان استحکام جوش را افزایش داده و مصرف انرژی را کاهش می دهد. علیرغم چشم انداز امیدوارکننده برای این آلیاژها، تحقیقات فعلی که به طور خاص به کاهش مصرف انرژی در طی فرآیندهای جوشکاری لیزری آنها می پردازد، محدود است. این مطالعه به اهداف دوگانه افزایش استحکام مفصل و کاهش مصرف انرژی با ترکیب مقادیر کمی از نانولوله‌های کربنی در آلیاژ آلومینیوم 2A12 دست می‌یابد. این مطالعه «بازده جوشکاری» را تعریف می‌کند، یک مدل مصرف انرژی برای جوشکاری لیزری آلیاژهای آلومینیوم ایجاد می‌کند، و یک تحلیل مقایسه‌ای بین فرآیند جوشکاری لیزری با افزودن نانولوله‌های کربنی و فرآیند جوشکاری لیزری استاندارد انجام می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که افزودن نانولوله‌های کربنی منجر به کاهش مصرف انرژی بیش از 33 درصد و افزایش استحکام مفصل 101 مگاپاسکال می‌شود. علاوه بر این، در مقایسه با سایر فرآیندهای جوشکاری لیزری برای آلیاژهای آلومینیوم که در مقالات موجود گزارش شده است، این تکنیک مزایای قابل توجهی در صرفه جویی انرژی نشان می دهد. این افزایش عملکرد به این واقعیت نسبت داده می‌شود که نانولوله‌های کربنی میزان جذب لیزر آلیاژ آلومینیوم را افزایش می‌دهند، در حالی که نانولوله‌های باقی‌مانده در محل اتصال به عنوان یک محیط تقویت‌کننده عمل می‌کنند. این مطالعه بینش‌ها و روش‌های جدیدی را برای دستیابی به جوشکاری{12}}کربن پایین و کیفیت بالا-آلیاژهای آلومینیوم ارائه می‌کند.
این مطالعه به طور قابل توجهی بازده انرژی جوشکاری لیزری آلیاژ آلومینیوم را افزایش داد و مصرف انرژی جوشکاری را از طریق افزودن مقادیر کمی از نانولوله‌های کربنی کاهش داد. ابتدا، یک تجزیه و تحلیل مقایسه ای بین فرآیند جوشکاری لیزری استاندارد و فرآیند جوشکاری لیزری حاوی نانولوله های کربنی، بر اساس مصرف انرژی و مدل های کارایی جوش انجام شد. دوم، فرآیند LC{4}}3 با داده‌های مصرف انرژی لیزر گزارش‌شده در ادبیات مربوطه مقایسه شد. به طور همزمان، خواص مکانیکی -یک معیار مهم برای کیفیت جوش-در چارچوب ارزیابی برای هر اتصال گنجانده شد. در نهایت، همبستگی ذاتی بین قابلیت های صرفه جویی در انرژی فرآیند LC-3 و عملکرد بهبود یافته اتصالات جوش داده شده روشن شد. یافته های کلیدی به شرح زیر خلاصه می شود:
در مقایسه با فرآیند جوشکاری لیزری استاندارد، فرآیند جوشکاری لیزری حاوی مقادیر کمی از نانولوله‌های کربنی (LC-3) افزایش 33 درصدی راندمان جوش را نشان داد و تقریباً 33 درصد صرفه‌جویی در مصرف انرژی داشت. علاوه بر این، فرآیند LC-3 مزایای قابل توجهی را از نظر کاهش مصرف مواد به نمایش گذاشت.
نسبت به فرآیندهای موجود، فرآیند LC-3 بالاترین راندمان جوشکاری را به دست آورد و به mm²/s·kW 60 رسید. برای آلیاژهای آلومینیوم با ضخامت معادل، فرآیند LC-3 نیز کمترین مصرف انرژی لیزر را نشان داد.
ویژگی‌های{0}}صرفه‌جویی در انرژی و کارایی بالا- فرآیند LC-3 عمدتاً از ویژگی‌های منحصر به فرد جذب نور نانولوله‌های کربنی ردیابی ناشی می‌شود. این نانولوله ها با پر کردن درز جوش، میزان جذب انرژی لیزر آلیاژ آلومینیوم را به میزان قابل توجهی افزایش دادند و در نتیجه اتلاف انرژی لیزر را در مراحل اولیه فرآیند جوشکاری به حداقل رساندند.
