电弧增材有限元建模及残余应力分析

蒋 倩，蒋立鹤，鲍海波，黄云峰，胡浩帆

（1.江苏省船舶动力系统零件先进制造工程技术中心，江苏 南京 211121；2.南京中远海运船舶设备配件有限公司，江苏 南京 211121；3.中远海运特种运输股份有限公司，广东 广州 510630）

电弧增材制造技术以丝材为填充材料，材料利用率，在大规模生产复杂金属结构件具有广阔的应用前景[1，2]。但电弧增材是一个不均匀受热和冷却的过程，伴随着基体和填充金属的热胀冷缩导致的膨胀和收缩量的差异，从而导致气阀产生了大量的残余应力[3]。气阀在电弧增材后残余应力随着电弧增材的层数逐渐累加，直至气阀产生变形甚至破坏，严重影响了气阀的使用寿命和各方面性能[4，5，6]。

本文将利用有限元模拟分析软件ABAQUS 建立电弧增材的有限元模型，设计关键参数组合方案，使用填充材料Inconel718 对材料SNCrW 的气进行模拟电弧增材，分析关键参数对残余应力的影响。

1 电弧增材三维模型的构建

本文的有限元模型基体材料为SNCrW，电弧增材的材料为Inconel718，工件尺寸为150×80×25mm。如图1 所示，利用ABAQUS 建立两层电弧增材三维模型。然后对其进行网格划分、材料的赋予以及最重要的施加电弧增材热源。

图1 电弧增材三维模型

2 工艺参数对残余应力影响

本节研究电弧增材参数对残余应力的影响，有热源移动速度V、电流I、电压U 等。查阅相关文献和结合实际生产的一些数据，设计如表1 所示。

表1 设计工艺参数表

电压对残余应力的影响，通过控制电流和热源移动速度等弧增材的工艺参数，选择方案1～4 进行分析。……