丁烈云院士团队 | HUST-1 模拟月壤真空烧结试样的激光焊接研究

论文简介

人类目前正努力在月球上建立一个永久性的月球基地。月球表面的月壤在被烧结后有望用作建筑材料。然而，如何将月壤烧结成一个大尺寸构件是月面建造工程中的重要挑战之一。因此，月球原位建造工程的一个关键问题在于如何将多个小尺寸的烧结模块组装成为一个稳定的大型结构。

本研究探索了使用光纤激光器实现HUST-1模拟月壤（HLRS）烧结试块焊接的可行性，并使用400、600、800、1000及1200W五种不同功率的激光开展系列焊接实验。研究了焊缝位置处的微观结构、矿物成分、元素分布及剪切强度。研究发现，一些低熔点矿物在焊接过程中发生熔融并汽化，从而产生了热分解气体。此外，焊缝位置处出现了大量微裂纹、气孔和气泡等缺陷，导致焊缝剪切强度降低。

最后，还研究了激光功率对焊缝剪切强度的影响规律，结果表明，当激光功率为 1000 W 时焊缝剪切强度达到最高，约为15.69 N/cm。此外，剪切破坏通常发生在熔池以及烧结月壤本体的交界位置处，这是因为此处由于焊接过程中过快的温度变化以及熔池材料与烧结月壤本体的热膨胀系数差异而产生了较大的热应力以及较多的微裂纹，造成焊接试样在此处更容易发生破坏。

400 W激光焊接试样焊缝位置EDS分析。（a）焊缝SEM图;（b-i）元素分布