热源同轴辅助搅拌摩擦焊热过程数值分析.pdf

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1、第2l卷第3期载人航天V01．21No．32015年5月MannedSpaceflightMay2015热源同轴辅助搅拌摩擦焊热过程数值分析许辉，封小松，尹玉环，马子奇(上海航天设备制造总厂，上海200245)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头，间接为焊缝提供热输入。在对激光束于搅拌头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，对复合焊接过程温度场进行了数值计算。分析结果表明，加入激光辅助热源

2、能将焊缝最高温度从3940C提高到5ll℃，激光热量主要加热搅拌针周围的材料．具有局部加热的特点；在相同条件下，辅助热源提高了焊接热输入，焊缝金属软化程度增加，为降低焊接作用力和提高焊接速度提供条件：仿真结果与实测结果对比的一致性说明复合焊接分析模型能够用于预测焊接过程的温度场．为优化工艺参数提供理论依据。关键词：辅助热源：搅拌摩擦焊；同轴复合；数值模拟中图分类号：TG453．9文献标识码：A文章编号：1674-5825(2015)03-0243-06NumericalAnalysisofThermalBehavi

3、orinHeatCoaxiallyAssistedFrictionStirWeldingXUHui，FENGXiaosong，YINYuhuan，MAZiqi(ShanghaiAerospaceEquipmentsManufacturer，Shanghai200245，China)Abstract：Accordingtotherequirementsofrepairweldingandassemblyinspace，aweldingmethodofheatassistedsolid—-stateweldingwas

4、proposedtoavoidtheadverseeffectsofhighvacuumandmi-·crogravityenvironment．Theassistedheatsourceusinglaserheatedhollowweldingtoolcoaxiallyprovidedheatforwelding．Onthebasisoftheanalysisofthebehavioroflaserenergyabsorbedinthesmallhole，themodelofhybridweldingwasest

5、ablished．Thetemperaturefieldofhybridweldingprocesswascalculatedandanalyzedusingfiniteelementmethod．Theresultsshowedthat，laserheatsourcecouldincreasethemaximumtemperatureofFSWweldsfrom394。Cto511℃．andtheheatingeffectmainlyfocusedonthematerialaroundthepin．Thesimp

6、lifiedmodeloflaser·assistedheatwasagoodsimulationofhybridweld．Withthesameheatinput，hybridweldcouldimprovetheweldingspeed．Comparisonbetweensimulationresultsandmeasuredresultsshowedthat，theestablishmentofthemodelwasrational，andcouldbeusedtopredictthehybridweldin

7、gtemperaturefield，andtoprovideatheoreticalbasisfortheoptimizationofprocessparametersKeywords：assistedheat；frictionstirwelding(FSW)；coaxialhybridwelding；numericalsimuta—tion收稿日期：2014—124)1；修回日期：2015旬3-25基金项目：载人航天预先研究项目(050201)：同家自然科学基金项目(51305272)；国家国际科技合作专项项目(

8、2013DFR0420)作者简介：许辉(1989一)，男，硕士研究生，研究方向为搅拌摩擦焊技术。E—mail：ixuhui@sina，com244载人航天第21卷1引言按照我国载人航天规划，将逐渐建成短期有人照料的空间实验室及长期有人参与的空间站．这些航天器服役时间从3～5年到10～12年不等。空间站等长时间运行，使得其在轨维护与修复变得十分必要。焊接作为一