مقدمة
أدى الاستخدام الواسع النطاق لللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم في الإنتاج الصناعي إلى تحقيق فوائد كبيرة للتنمية المستدامة والتقدم الاجتماعي والاقتصادي، حيث أنه يعزز في نفس الوقت قوة اللحام ويقلل من استهلاك الطاقة. على الرغم من التوقعات الواعدة لهذه السبائك، فإن الأبحاث الحالية التي تتناول على وجه التحديد تقليل استهلاك الطاقة أثناء عمليات اللحام بالليزر لا تزال محدودة. تحقق هذه الدراسة الأهداف المزدوجة المتمثلة في تعزيز قوة المفاصل وتقليل استهلاك الطاقة من خلال دمج كميات ضئيلة من أنابيب الكربون النانوية في سبائك الألومنيوم 2A12. تحدد الدراسة "كفاءة اللحام"، وتضع نموذجًا لاستهلاك الطاقة في اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم، وتجري تحليلًا مقارنًا بين عملية اللحام بالليزر مع إضافة أنابيب الكربون النانوية وعملية اللحام بالليزر القياسية. أظهرت النتائج أن إضافة أنابيب الكربون النانوية يؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة بنسبة تزيد عن 33% وزيادة في قوة المفاصل بمقدار 101 ميجا باسكال. علاوة على ذلك، بالمقارنة مع عمليات اللحام بالليزر الأخرى لسبائك الألومنيوم المذكورة في الأدبيات الموجودة، فإن هذه التقنية تعرض مزايا كبيرة في توفير الطاقة-. تُعزى هذه التحسينات في الأداء إلى حقيقة أن أنابيب الكربون النانوية النزرة تزيد من معدل امتصاص الليزر لسبائك الألومنيوم، في حين أن الأنابيب النانوية المتبقية داخل المفصل تعمل كوسيط تقوية. تقدم هذه الدراسة رؤى ومنهجيات جديدة للحصول على لحام منخفض-كربوني وعالي الجودة-لسبائك الألومنيوم.
عززت هذه الدراسة بشكل كبير كفاءة استخدام الطاقة في اللحام بالليزر لسبائك الألومنيوم وخفضت استهلاك طاقة اللحام من خلال إضافة كميات ضئيلة من أنابيب الكربون النانوية. أولاً، تم إجراء تحليل مقارن بين عملية اللحام بالليزر القياسية وعملية اللحام بالليزر التي تتضمن أنابيب الكربون النانوية، بناءً على نماذج استهلاك الطاقة وكفاءة اللحام. ثانيًا، تم قياس عملية LC-3 مقابل بيانات استهلاك طاقة الليزر المذكورة في المؤلفات ذات الصلة. وفي الوقت نفسه، تم دمج الخصائص الميكانيكية-وهي مقياس مهم لجودة اللحام-في إطار عمل التقييم لكل وصلة. في نهاية المطاف، تم توضيح العلاقة الجوهرية بين قدرات توفير الطاقة لعملية LC-3 والأداء المعزز للمفاصل الملحومة. وتتلخص النتائج الرئيسية على النحو التالي:
بالمقارنة مع عملية اللحام بالليزر القياسية، أظهرت عملية اللحام بالليزر التي تتضمن كميات ضئيلة من أنابيب الكربون النانوية (LC-3) زيادة بنسبة 33% في كفاءة اللحام وحققت توفيرًا في الطاقة بنسبة 33% تقريبًا. علاوة على ذلك، أظهرت عملية LC-3 مزايا كبيرة من حيث تقليل استهلاك المواد.
بالنسبة للعمليات الحالية، حققت عملية LC-3 أعلى كفاءة لحام، حيث وصلت إلى 60 مم²/كيلوواط. بالنسبة لسبائك الألومنيوم ذات السماكة المكافئة، أظهرت عملية LC-3 أيضًا أقل استهلاك لطاقة الليزر.
إن خصائص توفير الطاقة الفائقة-والفعالية-العالية لعملية LC-3 تنبع بشكل أساسي من خصائص امتصاص الضوء الفريدة لأنابيب الكربون النانوية النزرة. من خلال ملء خط اللحام، عززت هذه الأنابيب النانوية بشكل كبير معدل امتصاص سبائك الألومنيوم لطاقة الليزر، وبالتالي تقليل فقدان طاقة الليزر خلال المراحل الأولى من عملية اللحام.
