超高速激光熔覆影响细长活塞杆弯曲变形的仿真分析与试验OA北大核心CSTPCD

目的针对细长活塞杆在超高速激光熔覆过程中产生变形的问题,开展热-结构耦合的数值模拟和试验研究。方法采用高斯热源和单向耦合方式,建立细长活塞杆超高速激光熔覆的热-结构耦合仿真分析模型,探讨活塞杆在不同功率和扫描速度下瞬态温度和应力分布的演化过程。构建超高速激光熔覆细长活塞杆变形的试验测试方案,提出9组激光熔覆工况参数,并将试验测试结果与有限元仿真进行对比。结果在激光功率相同时,熔池形貌随扫描速度的增大而发生变化,其等温线呈现彗星状,活塞杆表面上的温度变化曲线要经历3个峰值,然后冷却至室温,最后趋于稳定。熔池区域的等效应力值最大,且会随激光光源的轴向移动而发生演化,而涂层与基体结合界面处的等效应力在极短时间内会经历先升后降的多次循环,然后趋于稳定。沿活塞杆轴向的等效应力呈现两端高、中间低且顶尖端最大的趋势,等效应力值均随激光功率的增加而增大,其应力差值与活塞杆的变形量相对应。当功率为3500 W、扫描速度为25 m/min时,应力差值最小,且变形量也最小。结论热应力是引起活塞杆轴向应力分布变化的主要影响因素,轴向等效应力的差值决定着活塞杆变形量的大小,所得结论可为细长轴类零件表面处理的超高速激光熔覆工艺参数选取提供指导。