中空环形激光熔覆层温度场与应力场的数值模拟研究

• 作者: 朱刚贤 李广琪 王丽芳 石世宏 赵亮
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: 中空环形激光 残余应力 数值模拟 温度场 应力演化 实验测定
• 年，卷（期）: 2020,（7）
• 所属期刊栏目: 膜层材料与技术
• 页码范围: 319-328
• 页数: 10页
• 分类号: TG174.4
• 字数: 4982字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.040

摘要

目的 研究基于"光束中空、光内送粉"工艺下中空环形激光熔覆层温度场分布规律、应力演化过程及沿熔覆层深度方向上的残余应力分布,为调控或降低光内送粉激光熔覆层残余应力提供参考.方法 采用ANSYS软件APDL语言建立单道熔覆层物理模型,利用生死单元法模拟激光加载,从而得到温度场结果,在此基础上进行热力耦合,分析熔覆层内应力演化过程,在熔覆层深度方向上建立路径,得到沿路径方向上的残余应力分布结果,最后进行实验测定.结果 当采用中空环形激光束加载时,光斑温度分布呈"马鞍形",熔覆层横切面上温度分布形状呈对称的"W"形,两侧温度高,中间温度低,熔覆层上表面扫描路径上的节点在扫描过程中都会经历两次温度峰值,且第二次温度峰值要高于第一次.热应力随着扫描过程进行而不断变化,由起初产生的熔覆层压应力逐渐转化为拉应力.沿扫描方向上的残余应力值最大,可达到273 MPa.熔覆层深度方向沿扫描方向上的残余应力值在上表面位置有最大值235 MPa,熔覆层与基材接合面处有最小值185 MPa.最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致.结论 中空环形激光光斑"马鞍形"式的能量分布使得熔覆层温度分布更为均匀,可有效降低温度梯度.环形光斑后半环高温区域的重熔作用有利于能量的再分配,有利于减缓应力集中.熔覆层深度方向沿激光扫描方向上的残余应力分布,随着深度的增加而逐渐减小.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	石世宏	苏州大学机电工程学院	136	591	13.0	17.0
2	赵亮	苏州大学机电工程学院	12	53	3.0	7.0
3	朱刚贤	苏州大学机电工程学院	17	16	2.0	3.0
4	王丽芳	苏州大学工程训练中心	21	26	2.0	4.0
5	李广琪	苏州大学机电工程学院	2	0	0.0	0.0