模拟计算以Ti-6AI-4V钛合金上激光熔覆纯Al涂层为研究对象，工艺参数为P=0.9kW、V=5mm/s、 D=4mm。图3.15 (a)~(d)分别是激光扫描时间为0.2s、 0.5s、 Is、 2s时的表面温度分布。

   在激光扫描的初始阶段，最高温度逐渐升高，在0.2s时最高温度为3399C。0.5s时迅速升至3584C，最高温度增加了185c。 1s过后温度场进人准稳态，最高温度增加到36411C。在熔覆快结束时温度迅速攀升，在2s时最高温升至4263C。这主要是由于激光熔覆过程中，试样端部受到激光照射时间短，激光开始扫描温度低。由于热量积累，随扫描距离的增加，被激光照射点的最高温度增加。

   材料内部热量主要散失方式是热传导，末端能量只能进行单向热传导，造成端部的热量大量积累，导致熔池深度和宽度迅速增加。

   被激光照射的地方温度很高，熔池温度最高点出现光斑中心。热源离开后，通过工件与周围介质的对流换热和工件内部的热传导，材料温度迅速降低，表现出典型的急热急冷特征。这一特征使得熔覆层组织的凝固速度很快，可形成徽观组织细小致密的熔覆层。温度峰值后拖有一长尾，这是由于激光的移动，光斑移出的区域温度没来得及下降，光斑进人的区域迅速升温，导致光斑移出的等温区域比将要进人的区域大。熔池前方温度变化较为剧烈，熔池后方的温度变化则较为缓慢。

   激光在钛合金表面所形成熔池温度的分布，对于激光熔覆层中晶体的生长速率与生长方式、形核率的大小以及熔覆层的微观组织结构具有重要意义。

   激光熔覆层表面沿扫描方向各点温度变化情况如图3.16(a)所示，Z为各点距离激光光斑中心的距离。各点有着基本相同的热循环曲线，只是达到最高温度的时间先后不同。随扫描距离的增加，光斑中心升温曲线逐渐趋于平缓，热加载时间逐渐变长。同时可看出，各点的升温速率明显大于冷却速率，冷却时各点温度趋近于试样的平均温度。激光照射时，在同一时刻沿激光扫描方向，邻近的节点有的处于升温阶段，有的处于冷却阶段，沿扫描方向存在很大的温度梯度。各点热胀冷缩相互制约，必然产生很大的热应力，热应力正是激光熔覆过程产生裂纹的主要原因。

   相关试验研究表明，预热熔覆层和基材对熔覆层与基材的结合及防止熔覆层组织裂纹、热应力等各方面的性能起到了很大的改善作用。热源能量的高斯分布使熔覆过程中同时进行了局部预热，提高了效率。

   图3.16 (b)是熔覆层中心处沿深度方向各节点温度变化曲线。加热初期在热传导作用下，各点温度共同缓慢上升。当光斑到达表面中心点时，该处温度急剧上升到峰值温度3662℃，此时距离表面2.1mm处(5点)温度为746℃，熔覆层和基材存在着强烈的温度梯度。光斑离开后，由于热传导的作用，表层下的节点温度继续上升，由于热传导作用，5点处在滞后一段时间后达到峰值842℃，和激光扫描方向上温度变化一样，升温速率明显大于降温速率。离表面越近，节点温度变化越剧烈。反之，节点温度变化较平缓。当冷却到一定程度的时候，各点温度很快趋于相同。