Development of a repair process for manmade structures in space by using aluminium brazing and friction stir spot welding

Small-sized parts and micrometeoroids’ impacts represent an increasing threat to artificial components/structures. The damages caused by them can be fixed using e.g., mechanical fixture with epoxy adhesive. However, the repair process is costly and only intended for a temporary fixing the penetration. In order to increase the life time of the repair, an approach for a more reliable process using similar materials is needed. The objective of this work is to develop a process for repairing manmade structures in space by generating joint properties similar to the base material. In this work, two approaches for repairing complex structures were considered. The first approach aims to fill a hole using liquid aluminium phases by brazing, and the second approach aims to fill the holes by a solid-state process (friction stir spot welding). In this study, different binding mechanisms of these two approaches were analyzed preliminarily by means of mechanical and/or metallographic characterization under terrestrial, controlled atmosphere conditions. Both concepts are proven feasible under these conditions. It has been shown that it is possible to realize a good filling of the hole with the investigated materials and under selected process conditions with both presented concepts.

Uderzenia małych części i mikrometeorytów stanowią rosnące zagrożenie dla sztucznych komponentów/struktur. Uszkodzenia przez nie spowodowane można naprawić np. za pomocą mechanicznego osprzętu z klejem epoksydowym. Proces naprawy jest jednak kosztowny i służy jedynie do tymczasowego zatrzymania penetracji. W celu zwiększenia żywotności naprawy potrzebne jest podejście do bardziej niezawodnego procesu z wykorzystaniem podobnych materiałów. Celem tej pracy jest opracowanie procesu naprawy sztucznych konstrukcji w przestrzeni kosmicznej poprzez generowanie właściwości połączeń podobnych do materiału podstawowego. W pracy tej rozważono dwa podejścia do naprawy złożonych konstrukcji. Pierwsze podejście ma na celu wypełnienie otworu za pomocą faz ciekłego aluminium przez lutowanie, a drugie podejście ma na celu wypełnienie otworów metodą półprzewodnikową (zgrzewanie tarciowe punktowe z przemieszaniem). W tym badaniu wstępnie przeanalizowano różne mechanizmy wiązania tych dwóch podejść za pomocą mechanicznej i/lub metalograficznej charakterystyki w warunkach kontrolowanej atmosfery ziemskiej. Obie koncepcje okazały się wykonalne w tych warunkach. Wykazano, że możliwe jest prawidłowe wypełnienie otworu badanymi materiałami oraz w wybranych warunkach procesu przy obu przedstawionych koncepcjach.