Giới thiệu
Việc ứng dụng rộng rãi hàn laser cho hợp kim nhôm trong sản xuất công nghiệp đã mang lại lợi ích đáng kể cho sự phát triển bền vững và tiến bộ kinh tế xã hội, vì nó đồng thời tăng cường độ bền mối hàn và giảm tiêu thụ năng lượng. Bất chấp triển vọng đầy hứa hẹn của các hợp kim này, nghiên cứu hiện tại đặc biệt đề cập đến việc giảm tiêu thụ năng lượng trong quá trình hàn laser vẫn còn hạn chế. Nghiên cứu này đạt được mục tiêu kép là tăng cường độ bền của khớp và giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách kết hợp một lượng nhỏ ống nano carbon vào hợp kim nhôm 2A12. Nghiên cứu xác định "hiệu suất hàn", thiết lập mô hình tiêu thụ năng lượng để hàn laser các hợp kim nhôm và tiến hành phân tích so sánh giữa quy trình hàn laser có bổ sung ống nano carbon và quy trình hàn laser tiêu chuẩn. Kết quả chứng minh rằng việc bổ sung các ống nano carbon dạng vết giúp giảm hơn 33% mức tiêu thụ năng lượng và tăng độ bền của mối nối lên 101 MPa. Hơn nữa, so với các quy trình hàn laze khác dành cho hợp kim nhôm được báo cáo trong tài liệu hiện có, kỹ thuật này thể hiện những lợi thế tiết kiệm năng lượng đáng kể. Những cải tiến về hiệu suất này là do các ống nano cacbon dạng vết làm tăng tốc độ hấp thụ tia laser của hợp kim nhôm, trong khi các ống nano còn lại trong khớp đóng vai trò như một môi trường gia cố. Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết sâu sắc và phương pháp mới để đạt được khả năng hàn hợp kim nhôm có hàm lượng carbon thấp, chất lượng cao.
Nghiên cứu này đã nâng cao đáng kể hiệu suất năng lượng của hàn laser hợp kim nhôm và giảm mức tiêu thụ năng lượng hàn thông qua việc bổ sung một lượng nhỏ ống nano carbon. Đầu tiên, một phân tích so sánh được tiến hành giữa quy trình hàn laze tiêu chuẩn và quy trình hàn laze kết hợp ống nano carbon, dựa trên mô hình hiệu quả hàn và tiêu thụ năng lượng đã được thiết lập. Thứ hai, quy trình LC{4}}3 được so sánh với dữ liệu tiêu thụ năng lượng laser được báo cáo trong tài liệu liên quan. Đồng thời, các đặc tính cơ học-một thước đo quan trọng về chất lượng hàn-đã được đưa vào khung đánh giá cho từng mối nối. Cuối cùng, mối tương quan nội tại giữa khả năng tiết kiệm năng lượng của quy trình LC-3 và hiệu suất nâng cao của các mối hàn đã được làm sáng tỏ. Những phát hiện chính được tóm tắt như sau:
So với quy trình hàn laze tiêu chuẩn, quy trình hàn laze kết hợp một lượng nhỏ ống nano carbon (LC-3) cho thấy hiệu suất hàn tăng 33% và đạt mức tiết kiệm năng lượng khoảng 33%. Hơn nữa, quy trình LC-3 còn thể hiện những lợi thế đáng kể về việc giảm tiêu thụ nguyên liệu.
So với các quy trình hiện có, quy trình LC-3 đạt hiệu suất hàn cao nhất, đạt 60 mm²/s·kW. Đối với các hợp kim nhôm có độ dày tương đương, quy trình LC-3 cũng cho thấy mức tiêu thụ năng lượng laser thấp nhất.
Đặc tính-tiết kiệm năng lượng và-hiệu suất cao của quy trình LC-3 chủ yếu xuất phát từ đặc tính hấp thụ ánh sáng độc đáo của các ống nano cacbon dạng vết. Bằng cách lấp đầy đường hàn, các ống nano này đã tăng cường đáng kể tốc độ hấp thụ năng lượng laser của hợp kim nhôm, do đó giảm thiểu sự thất thoát năng lượng laser trong các giai đoạn đầu của quá trình hàn.
