变壁厚铜锌合金管激光熔覆应力场数值模拟分析

魏坤坤，黄 勇，，郭 辉 ，李 强 ，马文涛

(1.新疆农业大学 机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆工程学院 机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830023)

0 引言

铜和铜合金是与人类生活和工业生产有着紧密联系的重要金属材料之一,它具有优良的导电导热性能、耐腐蚀性能和良好的机械加工性能等,被广泛应用于交通运输、冶金、微电子以及国防工业等领域[1-3]，但是纯铜和铜锌合金在硬度和耐磨性方面性能较差，影响了它的实际应用[4]。采用表面强化技术可以提高铜合金的硬度和耐磨性能，而目前表面改性技术主要有电镀、热喷涂和激光熔覆技术。电镀技术具有一定的局限性,如制备周期长、镀材有限、污染环境等[5]；热喷镀技术与基体是机械结合不是冶金结合，因为结合强度低，受到较大摩擦时会出现剥落问题[6]；激光熔覆技术可以制备与基体冶金结合的涂层，使表面结合强度达到最大，同时该技术具有功率大、能量集中、快速融化基体和粉末快速凝固、绿色无污染等优良特性，目前在表面强化和修复中得到广泛应用[7-9]。通过对铜基体预热300 ℃后使用CO2激光器在3.2 kW输出功率下获得了冶金结合的熔覆层,可知预热可以提高铜基体对激光的吸收率从而降低激光熔覆的功率,但温度过高可能会导致铜合金基体性能的降低，甚至会造成薄壁铜基体熔穿[10，11]。

在壁厚为3 mm和10 mm组成的不同壁厚型铜锌合金圆管的外圆表面进行激光熔覆，由于零件的壁厚不同，零件的冷却速度也不相同，而激光熔覆后的残余应力一般与熔覆零件的温度场有关，被熔覆零件区域的温度如果短时间内快速上升然后又快速下降，会造成被熔覆零件发生热膨胀，热膨胀过大会造成裂纹。……