空间环境热源同轴辅助搅拌摩擦焊温度场分析

摘要

针对空间环境焊接修复与组装需求,提出热源辅助固相焊接方法,以避免高真空与微重力空间环境的不利影响.该辅助热源采用激光同轴加热中空搅拌工具,在对激光束于搅拌工具小孔中的反射与吸收行为进行分析的基础上,建立复合焊接热源模型.采用有限元方法对复合焊接过程温度场进行了计算,考察了焊接工具材料、激光功率等对温度场的影响.结果表明,搅拌头热导率显著影响热源耦合效率,在相同的辅助热源功率下,高热导率工具材料可明显降低温度梯度;激光功率在一定范围内增加可提高搅拌头的热输入,纯钨搅拌头在焊接3mm铝合金时,激光功率不应超过700W;激光热源能够将搅拌摩擦焊的焊缝最高温度从394℃提高到511℃,且加热效果主要集中于搅拌针附近的材料.