激光熔覆IN718合金温度场和应力场数值模拟*

为研究激光熔覆涂层温度场的演变和残余应力的分布规律，在316L不锈钢基板上激光熔覆Inconel718 (IN718) 合金，研究工艺参数对熔覆涂层宏观形貌的影响；基于实验所得工艺参数，利用Simufact Welding有限元软件建立热力耦合模型，通过数值模拟对熔覆过程中的温度场和应力场分布进行分析。结果表明：研究的工艺参数中，激光功率对涂层宽度的影响呈正相关性，送粉量对涂层高度呈较为明显的正相关性，而激光扫描速度对涂层高度呈较为明显的负相关性；熔池前端温度梯度最大，熔池尾部温度梯度较小；熔池峰值温度随着熔覆扫描的进行稳定于2 700 ℃左右；涂层最大残余应力为沿扫描方向上的拉应力，基板残余应力在涂层两侧呈对称分布，且最大残余应力为沿扫描方向的拉应力；残余拉应力是造成激光熔覆过程中基板“翘曲”变形的主要原因；基板与涂层热膨胀系数的差异是影响涂层与基板结合强度的另一原因。研究结果为后续基于实际工业中多层多道激光熔覆的研究奠定基础。