人類目前正努力在月球上建立一個(gè)永久性的月球基地。月球表面的月壤在被燒結(jié)后有望用作建筑材料。然而，如何將月壤燒結(jié)成一個(gè)大尺寸構(gòu)件是月面建造工程中的重要挑戰(zhàn)之一。因此，月球原位建造工程的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題在于如何將多個(gè)小尺寸的燒結(jié)模塊組裝成為一個(gè)穩(wěn)定的大型結(jié)構(gòu)。

本研究探索了使用光纖激光器實(shí)現(xiàn)HUST-1模擬月壤（HLRS）燒結(jié)試塊焊接的可行性，并使用400、600、800、1000及1200W五種不同功率的激光開(kāi)展系列焊接實(shí)驗(yàn)。研究了焊縫位置處的微觀結(jié)構(gòu)、礦物成分、元素分布及剪切強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，一些低熔點(diǎn)礦物在焊接過(guò)程中發(fā)生熔融并汽化，從而產(chǎn)生了熱分解氣體。此外，焊縫位置處出現(xiàn)了大量微裂紋、氣孔和氣泡等缺陷，導(dǎo)致焊縫剪切強(qiáng)度降低。

最后，還研究了激光功率對(duì)焊縫剪切強(qiáng)度的影響規(guī)律，結(jié)果表明，當(dāng)激光功率為 1000 W 時(shí)焊縫剪切強(qiáng)度達(dá)到最高，約為15.69 N/cm。此外，剪切破壞通常發(fā)生在熔池以及燒結(jié)月壤本體的交界位置處，這是因?yàn)榇颂幱捎诤附舆^(guò)程中過(guò)快的溫度變化以及熔池材料與燒結(jié)月壤本體的熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力以及較多的微裂紋，造成焊接試樣在此處更容易發(fā)生破壞。

圖. 400W激光焊接試樣焊縫位置EDS分析。（a）焊縫SEM圖;（b-i）元素分布

論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11431-023-2675-0

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)科學(xué)

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