倾斜薄壁增材过程中基板的热应力数值模拟

利用电弧增材制造技术加工倾斜薄壁时,循环热力效应下,熔覆层与基板结合处应力较为集中,易导致基板变形翘曲,严重影响零部件的成形。为了明确增材倾斜薄壁不同层间偏移量和不同基板厚度下基板的热应力演化,本文采用不锈钢焊丝在Q235基板上进行沉积试验,利用COMSOL建立有限元模型,分析基板横向温度梯度和等效应力的变化。结果表明,基板的横向温度梯度在熔覆层边缘达到最大值,在距离熔覆层中心超过5 mm后趋于最小值;随着层间偏移量的增大,基板的横向温度梯度最大值逐渐减小,但基板上的等效应力逐渐增大;随着基板厚度的增加,基板的横向温度梯度最大值逐渐减小,同一测量点的横向温度梯度和等效应力也随之减小。因此,在倾斜薄壁增材中,不同的层间偏移量主要影响基板上横向温度梯度的分布和熔覆层与基板结合处的等效应力,更大厚度的基板能够有效减小基板上的横向温度梯度,从而减小变形,这对于增材初期倾斜薄壁结构中基板的变形控制具有一定的参考意义。