随着现代工业技术的发展,激光熔覆技术在各加工领域得到了广泛的运用。然而在激光熔覆的过程中所涉及到的物理化学反应非常复杂,且现有的技术难以对其加工过程中的各个物理场进行实时检测。计算机仿真技术的发展,有效解决了这一问题。通过计算机仿真技术来对其熔覆过程进行模拟计算,其研究结果能够为具体实验工艺提供理论指导,因此开展激光熔覆过程的计算模拟具有重要的意义。本文采用COMSOL Multi-physics软件,研究了铁基熔覆层的激光熔覆过程,建立了激光熔覆过程中的温度场模型、热-流耦合模型以及热-应力耦合模型,并系统的研究了激光功率、离焦量、扫描速度、搭接率、扫描方式等工艺参数对熔池温度场的影响,分析了多层熔覆过程中各工艺参数以及材料的表面张力系数对熔池内速度场的影响,探索了熔覆过程中应力场变化规律,分析了材料热膨胀系数与应力场之间的关系。得到了以下结论:(1)随着激光功率的增大,熔池中心的温度峰值增大,熔池边缘的高温区域扩大,熔池深度和宽度增加。随着激光光斑直径增大,熔池中心温度降低,熔池深度和宽度减小。随着扫描速度的减小,熔池中心温度升高,熔池深度和宽度增大。(2)往复扫描方式相较于单向扫描,熔覆会产生较低的温度梯度。随着搭接率的增大,相邻位置涂层的二次加热温度升高,但对每道熔覆涂层的温度峰值影响很小。(3)激光功率的增大、光斑尺寸和扫描速度的减小都会使熔池内部流体流速峰值增加。送粉速率对熔池内的温度场和流场没有影响,但会增加熔覆层的高度。(4)当材料表面张力系数为负时,熔池内部流体从熔池中心流向熔池边缘。当表面张力系数为正时,熔池内部流体从边缘流向熔池中心。负的表面张力系数材料可以获得浅而宽的熔池,而正的表面张力系数使熔池轮廓变得深且窄。绝对值相同的表面张力系数下,正的表面张力系数下的速度峰值大于负的表面力系数。熔池内的流体流速越大,熔覆涂层表面越不平整。表面张力系数较大且为正值的材料,不易获得表面平整的熔覆涂层。(5)在激光熔覆的初始阶段,距离激光束中心越近热应力越大,当热应力值超过材料屈服极限时材料发生屈服,熔池中心出现低应力区域,应力最大值分布在熔池边缘。而在激光熔覆后期,熔覆后的残余应力主要分布在涂层与基板的界面处,该区域为发生开裂的敏感区域。激光熔覆后的残余应力峰值同时受涂层与和基板的热膨胀系数影响,两者差值越大,熔覆层残余应力越大。