张景祺 ，林 健，雷永平，肖荣诗，李 龙，宋 征

（1.北京工业大学，北京 100124；2. 太原航空仪表有限公司，太原 030006；3. 首都航天机械有限公司，北京 100076）

准直器是航天探测活动中卫星望远镜的关键器件，其作用是调整空间射线的传播方向，为其他光学设备提供平行光源[1–2]。典型准直器的基本结构单元是由超薄金属板相互交叉组合成的栅格通孔，其制备过程中的关键工序为对两薄板十字交叉处进行的激光点焊连接。受卫星空间资源约束，由超薄金属板（厚度<0.1mm）对插点焊而形成的中能准直器的占空比需大于90%。而由于薄板刚度较小，在焊接制造过程中易产生失稳变形，严重影响了其制造精度[3–4]。目前，针对此类焊接变形问题的相关研究大多通过试验和数值模拟两种途径来开展。闫俊霞等[5]将二维热–弹–塑性数值模拟与三维薄板模型的屈曲分析方法进行结合，通过弹性屈曲计算，求出焊接后薄板的失稳变形量，并讨论了减少薄板结构焊后失稳变形的措施。季良等[6]通过试验方法研究了由厚度仅为0.07mm的超薄金属板组成的十字交叉结构的激光点焊工艺范围，研究结果表明当激光脉冲宽度为8ms，功率为0.2～0.32kW时十字交叉结构的焊点成型良好。Wang等[7]对船体薄板焊接结构中的典型接头进行了焊接仿真与试验验证，根据计算得到的固有变形作为弹性有限元分析的基本输入，预测了有横纵向加筋的薄板结构的面外变形与其临界失稳条件。曹政等[8]通过搭建专用装置，模拟了有密集焊缝的薄壁结构在高频随焊冲击作用下的光纤激光焊制造过程，结果显示随焊冲击作用可大幅降低06Cr19Ni10材质圆筒形薄壁构件在多道焊接制造后的尺寸收缩量，其值由0.95mm可减小到0.29mm。目前的研究中对金属超薄板组装结构的焊接变形，尤其是对激光点焊引起的超薄板失稳变形的仿真研究还较少。

本研究借助ABAQUS有限元计算工具，提取激光点焊热–力耦合数值模型中焊后残存的固有应变，作为特征值屈曲分析以及后屈曲分析的位移载荷，对两种激光点焊热输入下超薄板十字交叉接头的失稳变形模式进行了分析，在此基础上又研究了焊接顺序，焊点个数对整体栅格结构激光点焊屈曲变形的影响。该数值模型的应用对于揭示栅格结构在点焊装配过程中面外变形的发展规律，优化栅格结构的制造工艺，降低试验成本具有一定的指导意义。

数值模型

1 有限元模型

某种小视场准直器由4块横向排列（Z向）的薄板和4块纵向排列（Y向）的薄板对插点焊形成，总共由9个矩形栅格组成[9]。十字交叉点焊接头是此栅格结构的基本单元，首先建立了由长度均为68mm，宽度分别为4.68mm和1.17mm的两块厚度为0.07mm薄板中心交叉形成的十字点焊接头有限元模型，如图1所示，ABAQUS中采用壳单元S4R微分该模型，网格总数为7164，节点总数为5332。由于模型整体较长，仅在点焊端附近采用了较密的网格划分方式，将模型材料设定为参数随温度非线性变化的316L不锈钢[10]。……