摘 要

本文通过visual weld软件对单道激光熔覆和搭接激光熔覆的温度场和应力场进行了数值模拟。根据模拟结果得到在进行激光熔覆时熔池内部经历了迅速升温和迅速降温的过程，而且最高温度出现在激光正照射下的熔覆层的表面中心位置。在进行单道激光熔覆时熔池内最高温度可达4000多度，绝大部分的时间是在2700多度，足以使熔覆层和基体快速熔化。根据模拟结果发现熔覆过程中的最大应力出现在基体和熔覆层相交的位置，而且在垂直于激光照射的方向产生较大的拉应力，表明熔覆层容易沿着激光照射的方向发生开裂。在进行搭接激光熔覆时，根据得到的热循环曲线分析得到在进行第一道熔覆时产生的热量会对第二道熔覆层预先加热，而且在第二道进行熔覆时会使部分第一道熔覆层重新熔化。根据应力表现分析得到搭接处理能明显降低熔覆层内等效应力的波动程度。文中还简单的介绍了visual weld和Sysweld的优缺点，可以对以后该方面的的初学者起到指引的作用。文中还对不同参数下的模拟结果进行了比较，得到激光熔覆时的功率越大、速度越慢、效率越高形成的熔池越深、熔宽越宽、最高温度越高。

关键词：激光熔覆；镍基合金；温度场；应力场；数值模拟

Abstract

In this paper, the temperature field and stress field of single pass laser cladding and lap laser cladding are numerically simulated by using visual weld software. According to the simulation results, the process of rapid heating and cooling in the molten pool is obtained during laser cladding. And the highest temperature appears at the center of the cladding layer under laser irradiation. The maximum temperature in the melting pool can reach more than 4000 degrees during single-channel laser cladding, and most of the time is at about 2700 degrees, which is enough to melt the cladding layer and substrate rapidly. Based on the simulation results, it is found that the maximum stress in the cladding process occurs in the position where the matrix intersects the cladding layer, and the A large tensile stress is generated in the y - axis direction , which indicates that the cladding layer is easy to crack along the direction of laser irradiation . When the overlapping laser cladding is carried out , the second cladding layer is preheated when the first cladding is carried out according to the obtained thermal cycle curve , and the second remelting of the part of the first cladding layer can be obtained according to the obtained thermal cycle curve , and the advantages and disadvantages of visual weld and Sysweld can be obviously reduced , and the effect of visual weld and Sysweld can be greatly reduced . The simulation results show that the higher the laser cladding power, the lower the speed, the deeper the weld pool, the wider the melting width and the higher the maximum temperature.

Key words: laser cladding；Ni-based alloy；temperature field；stress field；numerical simulation

目录

目录

第1章 绪论 1

1.1激光熔覆技术 1

1.1.1激光表面处理技术 1

1.1.2激光熔覆工艺方法 1

1.2研究背景及意义 2

1.3激光熔覆镍基合金国内外研究现状 3

第2章 Sysweld和 Visual Environment的比较 4

2.1 Sysweld 软件的优势.........................................................................................................4

2.2 Sysweld软件的弊端..........................................................................................................4

2.3 Sysweld 软件优势与弊端的比较.....................................................................................6

2.4 VE中visual mesh、visual weld和visual viewer 各自的功能.......................................6

2.4.1 visual mesh 6

2.4.2 visual weld 8

2.4.3 visual viewer 10

第3章 有限元模型的建立 12

3.1 热源模型 12

3.2热源校正 12

3.3 换热条件 13

第4章 激光熔覆的数值模拟及结果分析 14

4.1 单道激光熔覆的数值模拟及结果分析 14

4.1.1 几何模型的建立 14

4.1.2 软件中各参数的设置 14

4.1.3 温度场的数值模拟及分析 17

4.1.4 应力场的数值模拟及分析 19

4.2 不同参数设置对数值模拟的影响 22

4.2.1不同速度对数值模拟的影响 22

4.2.2不同功率对数值模拟的影响 23

4.2.3不同效率对数值模拟的影响 24

4.3 搭接激光熔覆的数值模拟及结果分析 25

4.3.1几何模型的建立 25

4.3.2软件中各参数的设置 27

4.3.3温度场的数值模拟及分析 30

4.3.4应力场的数值模拟及分析 33

第5章 结论 39

参考文献 40

致谢 42

第1章 绪论

1.1激光熔覆技术

激光熔覆技术属于激光表面处理的一个分支，它最早开始于上个世纪８０年代，经过不到20年的发展，就凭借其巨大优势成为了快速成形领域中的佼佼者。该技术可普遍应用于特殊工件的直接生产和修复^[1]。具有十分令人看好的发展前景。激光熔覆是一个十分复杂的过程，在该过程中会发生各种属性上的变化，主要包括加热、相变、冷却和凝固四个阶段^[2]。

1.1.1激光表面处理技术