曲面基底工件激光熔覆温度场与应力场数值模拟

目的 研究曲面基底工件激光熔覆的温度场和应力场分布情况。方法 采用数值模拟的方法模拟激光熔覆及冷却过程中的温度场和应力场。通过Ansys软件，采用高斯热源模型模拟圆环柱曲面基底外表面上的激光熔覆过程。在加工过程中，激光头与基底的相对运动为螺旋运动。分析不同功率和扫描速度对温度场和残余应力的影响，以及应力场随时间的变化和残余应力的分布情况。结果 扫描速度对温度场的影响较大，功率和扫描速度对残余应力无明显直接影响，不同功率和扫描速度的残余应力最大值都出现工件外壁中部。在XZ轴面上的径向应力呈现出漏斗形，四周高，中间低，大部分都在–20～20 MPa，起伏较小；周向应力在XZ轴面对角线方向上呈近似抛物线，两端高，中间低，最高值为100 MPa，最低值为–50 MPa，起伏较大；厚度方向的应力分布呈近似半圆锥三维形状，在Z轴方向上为近似直线，在X轴方向上为近似半抛物线，呈现出一端高、一端低、中间部分逐渐下降的趋势，最高值为110 MPa，最低值为–30 MPa，起伏较大。结论 成功研究了曲面基底工件激光熔覆的温度场和应力场分布情况，对曲面基底激光熔覆的工艺参数优化和提高产品质量有一定指导作用。

Numerical Simulation of Temperature Field and Stress Field of Laser Cladding on Curved Substrate Workpiece