压气机叶片由于处在恶劣的工作环境,经常出现腐蚀、磨损和裂纹,危害飞行安全,对其进行修复可减少叶片更换成本。TC4钛合金作为压气机转子叶片常用材料,对其叶顶磨损常采用微束等离子弧焊进行修复,使其恢复原有性能,但由于TC4钛合金导热性能差,热量不易散失,高温下极易与空气反应,容易造成焊缝掺杂杂质,难以达到母材的固有强度,可靠性和安全性降低。因此,对叶片焊接修复夹具冷却系统的研究具有重要意义。首先研究了微束等离子弧普通焊接(无冷却)修复过程,采用平面双椭圆热源模型,利用COMSOL软件建立三维移动热源焊接有限元模型,得到“叶片-夹具”系统瞬态温度场分布,分析叶片和夹具间传热机理,得到叶片表面特征点的热循环曲线,计算出冷却时间,并通过实验验证了热源的正确性。其次对氩气横吹夹具表面强制冷却过程进行仿真研究,建立热场-流场耦合模型,分析冷却系统的传热过程,对比与普通焊接条件下的冷却时间,结果表明:采用氩气横吹夹具表面可带走一定的热量,但对于整个焊接热循环其冷却效果较小,且不同氩气流速冷却效果差异不大。进而提出了氩气垂直冲击冷却方式,研究了垂直冲击冷却方式下不同模型参数对冷却性能的影响,确定后续仿真参数。最后建立夹具水冷流道模型,对比了采用模型参数下的水冷散热与普通焊接下的冷却时间,分析了不同冷却水流速的冷却效果。根据分析结果,结合前一章确定的冲击模型参数,选择适合的冷热源间距和冷却水流速,建立水-气复合冷却联合仿真模型,计算结果表明:采用水-气复合冷却方法可达到较好的冷却效果,并对比了采用不同冷却方法下的冷却时间。根据仿真结果,搭建MPAW焊接实验平台,对比了采用近似复合冷却方法与普通焊接条件下的焊后试片堆焊层形貌,实验结果表明,采用复合冷却方法可减少熔池杂质吸入,提升焊接质量。