随着航空航天科技的迅速发展和国防科技的需要,高超声速技术已成为当今航空航天领域的制高点。SMA应用于高超声速飞行器的结构中,足够适应飞行器对自身结构轻量化、高寿命、高可靠性等要求,其中近等原子比的Ni Ti合金因其良好的综合性能获得了最广泛的应用。采用NiTi SMA/5052铝合金混合结构将充分发挥两种材料各自的优势,NiTi SMA/5052铝合金异质材料的高性能连接将成为保证其可靠服役的核心工艺。因此,开展NiTi SMA/5052铝合金异种材料焊接工艺研究,实现焊缝组织及性能的按需调控,明确NiTi SMA/中间层/5052铝合金异种材料界面金属间化合物成分调控方法,针对NiTi SMA/5052铝合金异质结构中焊接热循环对SMA形状记忆效应的影响机制进行研究。基于响应曲面法分析不同参数下的焊缝成形情况,对5052铝合金/NiTi SMA异种材料焊接接头工艺参数对焊接成形影响的显著性进行分析,结果表明激光功率和焊接速度的显著性极大。针对成形较好的工艺参数进行进一步优化,激光功率为3250-3350 W,焊接速度为13-15 mm/s,离焦量保持-2 mm不变。对力学性能进行研究,当焊接速度为15 mm/s,激光功率为3350 W时,接头有最大抗拉强度,为256.22 MPa。在断裂行为的研究中,低功率下铝合金侧为混合断裂、SMA侧为脆性断裂,随着热输入量的上升,均出现明显脆性断裂的情况。因此,在NiTi SMA/5052铝合金异种材料焊接工艺研究方面,控制单位热输入量、保证熔深是保证焊接质量、减少焊接缺陷的重要手段。在5052铝合金和NiTi SMA中间分别添加中间层Cu和Nb进行激光搭接焊,采用正交分析法分析激光功率、焊接速度和中间层厚度对接头性能的影响。结果表明:添加Cu作为中间层的抗拉强度最大为230.64 MPa,最大单位长度载荷为137.02 N·mm-1,与未添加中间层的抗拉强度对比略有下降,抗剪切能力得到较大提升,添加Cu作为中间层对焊缝力学性能有一定的改观。同时,随着Cu含量的增加,抗拉强度以及单位长度载荷发生了明显的降低,除去较厚的铜中间层影响传热导致熔深减小的原因之外,富Cu区域产生缩孔以及产生了新的脆性相也是其力学性能降低的主要原因。Nb元素因其较高的导热性,在局部区域形成共晶组织,改善接头力学性能,提升连接效果。结果表明:添加Nb作为中间层的抗拉强度最大为340.67 MPa,最大单位长度载荷为114.15 N·mm-1,与未添加中间层的抗拉强度对比提升有较大提升。Nb含量提高会使焊缝的拉伸力学性能增加,接头的剪切性能有所下降,Nb作为扩散屏障,焊缝区域整体更加均匀,但Nb添加量过多会导致使熔深降低。基于ANSYS模拟仿真,对NiTi SMA/5052铝合金异质结构焊接过程进行模拟分析,薄板焊接符合高斯热源模型,上层板吸热后熔池温度上升,而后对SMA一侧主要以热传导方式传热。根据SMA温度场模拟结果分析,分别对激光直接作用SMA的母材、热影响区、焊缝处材料进行了DSC分析。对比发现,从母材到焊缝处材料的正向和逆向转变温度逐渐升高。NiTi SMA/5052铝合金异种材料焊接过程在焊缝处发生组织重熔,破坏原有晶体结构,同时焊接热循环对组织进行类退火处理,并且引入新的金属间化合物,均会对SMA的相变点漂移产生影响,进而对其形状记忆效应产生影响。