TA15 (Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V) 合金是一种高铝当量的近 α 钛合金，，，其使用温度高、、比强度高、、可焊性好和抗蠕变，，，常利用于飞行器主承力构件制作。！！Ｓ氪臣庸し绞较啾龋，，激光直接沉积工艺 (L-DED) 拥有原资料利用率高、、制作周期短、、力学机能好等显著优势。！！Ｍü L-DED 工艺制作大尺寸 TA15 构件，，，已展示出巨大的潜力，，，获得了钻研人员的关注。！！

由于 TA15 导热率较低，，，在 L-DED 工艺冷热急剧交替变换的前提下，，，将产生较大温度梯度，，，构件残存应力大、、易产生变形，，，增长了制作的周期和成本。！！Ｈ欢，，L-DED 工艺制备的小尺寸试样，，，通常难以反映 L-DED 大尺寸构件的残存应力散布和变形法规。！！Ｒ蚨，，发展对 L-DED 制作大尺寸构件的有关钻研势在必行。！！Ｓ捎谙钟性霾闹谱魃璞负凸ひ障薅龋，，在制作米级大尺寸构件时通常必要选取多工序复合制作，，，例如，，，必要先将大尺寸结构分成多个部门，，，通过激光直接沉积制作出各个部门，，，而后进行去应力退火，，，最后进行焊接，，，实现大尺寸结构制作。！！

有限元仿真是钻研构件加工过程中应力与变形行为的重要步骤，，，常用的仿真软件有 ANSYS、、Simufact 和 Abaqus 等。！！Ｊ朊竦茸暄辛 TiC/Inconel718 复合伙料的成形质量，，，通过 ANSYS 软件成立了成形过程的数学模型，，，了局发现工艺参数影响了成形件孔隙率。！！＠畈ɡ Simufact.forming 对 GH3044 合金异形截面环坯的塑性成形过程进行动态仿照仿真，，，分析轧制过程中环件的温度场、、应变场和轧制力的散布情况及随功夫的变动法规，，，并对产品的工艺参数的设计和优化起到积极的领导作用。！！Ｔ诮写蟪叽绻辜制作过程的仿真时，，，由于模型网格数量大、、节点数多，，，导致求解过程的推算量较大。！！４送猓，，多工序仿真时数据的有效传输、、天堑前提的自由变换等成分，，，也是限度大尺寸构件现实制作过程仿真的重要成分，，，因而，，，必要选择相宜的软件。！！Ｓ肫渌砑相比，，，Simufact 多步同时推算能力强，，，支持多工序陆续求解，，，在进行 L-DED 制作大尺寸构件过程求解时拥有显著的优势。！！

因而，，，文章选取 Simufact 软件对 TA15 钛合金框梁结构进行制作全流程仿真，，，分析分歧工序对大尺寸构件成形后残存应力和变形的影响法规，，，会商了误差累积对多工序仿真的影响。！！Ｎ恼伦暄形 TA15 钛合金大尺寸构件的全流程工艺优化，，，提供了重要的实际参考。！！

1、、TA15 大尺寸构件有限元模型的成立

1.1 增材制作及焊接热源设置

Simufact Welding 拥有高斯热源和双椭球热源两种内置热源模型，，，文章中激光直接沉积工艺和焊接工艺都使用的激光为高斯光源，，，因而选取高斯热源模型。！！Ｍü柚萌仍吹幕疃旒＃，，能够激活模型的对应单元，，，从而仿照现实的激光加热过程，，，具体热源参数如表 1 所示。！！

此外，，，文章中激光直接沉积增材制作选取的激光功率为 3kW，，，扫描速度为 20mm/s，，，扫描间距为 2mm，，，层厚为 2mm。！！

1.2 增材制作及焊接的仿真模型

1.2.1 G-code 天生

文章选取 Slic3r 切片软件天生模型的 G-code，，，对软件的切片参数进行设置，，，参考 TA15 激光直接沉积和焊接工艺参数，，，扫描间距设置为 5mm，，，层厚设置为 2mm，，，天生各个结构的 G-code。！！１匾盐鹊氖牵，，由于 Slicr3r 软件天生的 G-code 语句并不能被 Simufact Welding 软件齐全读。！！，，，必要对天生的 G-code 进行处置，，，批改无法识此外语句。！！

1.2.2 模型的网格划分

文章以大尺寸框梁为钻研对象，，，将大尺寸框梁拆分成 A 和 B 两个结构。！！Ｆ渲校，，结构 A 尺寸 925mm×840mm×42mm，，，结构 B 尺寸 300mm×690mm×42mm。！！Ｎ岣咄扑阈埽，，对框梁模型进行像素化网格处置，，，即通过一样尺寸的六面体有限元网格对框梁模型进行网格划分，，，网格尺寸 8mm×8mm×2mm。！！＞窕郑，，结构 A 模型中共有 96080 个像素单元和 77676 个节点，，，结构 B 模型中共有 17524 个像素单元和 23072 个节点。！！４送猓，，在框梁下方设置 50mm 厚的平板作为打印基板，，，设置基板为固定状态。！！

1.3 去应力退火热处置工艺的仿真模型

文章参考国标《钛及钛合金制件热处置》GB/T 37584-2019 进行激光直接沉积 TA15 钛合金的去应力退火热处置，，，升温速度为 10℃/min，，，保温温度为 650℃，，，保温功夫为 2h，，，最后通过炉冷进行降温。！！

2、、仿真了局与分析

2.1 激光直接沉积

激光直接沉积结构 A 和结构 B 的残存应力及变形仿真了局，，，如图 2 (a)、、图 2 (b) 所示。！！Ｆ渲校，，结构 A 整体残存应力较。！！，，，集中于 300~700MPa，，，结构 B 整体残存应力较大，，，集中于 500~900MPa，，，这重要是由于结构 B 尺寸更大，，，打印功夫更长，，，热汗青更复杂。！！４送猓，，结构 A 和结构 B 的底板残存应力大、、顶部残存应力。！！，，，在肋板的边缘，，，甚至存在低应力区域。！！

激光直接沉积结构 A 和结构 B 的变形情况放大 5 倍后，，，如图 2 (c)、、图 2 (d) 所示。！！Ｓ捎谠诖蛴」讨校，，结构的底部与基板冶金结合，，，险些不产生变形，，，因而，，，结构变形重要为肋板侧边缘的向内收缩。！！Ｕ謇此担，，激光直接沉积阶段两个结构产生的变形较。！！，，，重要在 0~0.6mm。！！

通过截取结构 A 和结构 B 内部 0mm、、10mm、、20mm、、30mm 和 40mm 五个地位的残存应力散布，，，如图 3 所示。！！Ｓ赏 3 可知，，，在结构内部也阐发出底部残存应力低、、顶部残存应力高的散布法规，，，两个结构焊接区域的残存应力远低于结构中央区域的。！！

2.2 去应力退火热处置

结构 A 和结构 B 去应力热处置仿真了局，，，如图 4 所示。！！Ｓ胪 3 相比，，，结构 A 和结构 B 的残存应力从 500~900MPa (重要集中于 800MPa) 降低至 100~700MPa (重要集中于 300MPa)。！！４耸保，，结构产生了少量变形，，，结构 A 变形重要集中于两端，，，结构 B 为周围变形量大、、中心变形量小。！！

2.3 大尺寸框梁的焊接

焊接前后结构整体的残存应力散布，，，如图 5 (a)、、图 5 (b) 所示。！！Ｓ煞抡媪司挚芍，，经过焊接结构整体的残存应力产生了少量的降低，，，残存应力散布重要集中于 300~500MPa，，，减小为 200~400MPa，，，结构边缘的残存应力获得了少量的开释。！！Ｈ缤 6 (a) 和图 6 (b) 所示，，，经过焊接，，，焊缝热影响区地位的残存应力显著降低，，，但其集中趋向并没有产生扭转。！！

3、、结论

综上所述，，，L-DED 成形的结构 A、、B 均呈底板残存应力高、、顶部低的散布特点，，，肋板边缘存在低应力区；退火热处置后两结构均轻微变形，，，结构 A 变形集中于两端，，，结构 B 则周围变形大、、中心。！！；焊接过程中结构整体残存应力无显著变动，，，焊缝热影响区残存应力显著降低。！！

参考文件

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（注，，，原文标题：：大尺寸TA15构件激光直接沉积制作全流程仿真钻研_汪鑫）