第十五届全国表面工程大会

摘要：激光定向能量沉积（LDED）因高热输入引发局部反复加热/冷却，形成复杂空间热循环，诱发残余应力累积并产生显著变形与裂纹，最终导致几何失稳。本研究提出了基于超声滚压预应力的薄板激光熔覆热变形抑制新方法，通过全因素实验与正交实验，系统研究了超声滚压工艺参数（滚压间距0.1/0.2/0.3mm，滚压次数1/2/3次）及激光熔覆功率（900/1000/1100W）对Q235板材性能及激光熔覆316L不锈钢残余应力与热变形的影响规律。基于ABAQUS软件构建了超声滚压-激光熔覆多物理场耦合模型，通过动力显式分析获取滚压板材Mises应力场，结合激光熔覆热-力顺序耦合方法揭示了基于板材超声滚压预应力场下复合制造应力演变机制。实验结果表明：超声滚压可显著提升Q235板材力学性能，当滚压间距0.1mm、滚压3次时，弯曲强度、屈服强度和弹性模量分别提升26.09%、64.80%和42.75%，而抗拉强度保持稳定，延伸率略有下降。实验结果表明：激光功率与加工策略对板材激光熔覆热变形具有显著影响，与对照组相比，超声滚压-激光熔覆同侧加工时900W功率下板材热变形增幅达61.71%，异侧加工则在1000W功率下有效抑制变形达57.10%。极差分析揭示同侧加工影响因子滚压次数（2.18）＞激光功率（1.69）＞滚压间距（0.95），而异侧加工影响因子激光功率（4.351）＞滚压次数（1.150）＞滚压间距（1.156）。有限元模拟证实异侧加工通过预压应力中和Q235板材底面拉应力，使S11应力降低23.15%-37.43%，从应力平衡角度阐明了变形抑制机理，为高精度复合制造提供了理论依据和技术支撑。
 

超声滚压；激光熔覆；预压应力；复合制造；有限元仿真；残余应力；热变形