激光熔覆可以对机械部件起到良好的表面强化效果,提高基体材料的表面强度、硬度,并增加耐磨、耐腐蚀等性能。目前,这项技术已广泛应用于材料表面强化改性、表面新材料制备、修复再制造等领域。熔覆技术利用激光来实现局部高密度能量的热输入,在快速受热、热量又迅速移走的条件下,熔化和凝固过程在很短时间内完成,导致很大的温度梯度,熔覆层内部会出现较大的残余拉应力。应力过大极易使工件出现变形、分层或开裂等不利现象,是工程应用无法忽视的重要问题。激光熔覆快速加热和快速冷却的特点注定残余应力的存在无法避免,最好的办法是将其调控降到最低或通过后处理消除来保证工件的使用性能。工艺参数是熔覆过程的主要可控因素,因此研究工艺参数对残余应力的分布状态影响是十分有必要的;通过改变应力分布状态来消除应力也是非常值得研究的内容。本文采用盲孔法测应力的方式,系统性地探究了不同的熔覆工艺参数对316L不锈钢激光熔覆层残余应力状态分布的影响,以及激光重熔、热处理工艺对残余应力的消除效果,并通过光学显微镜(OM)、维氏硬度计、X-射线衍射仪(XRD)等来探究改变应力状态的各种方式对熔覆层组织性能造成的影响。研究成果表明:(1)316L不锈钢熔覆层没有宏观裂纹等缺陷,表观质量较好,熔覆层为均匀的奥氏体相,组织由致密均匀细小的等轴晶和部分柱状树枝晶组成,熔覆层平均硬度为289HV,基体硬度为114 HV。熔覆层纵向残余应力大于横向残余应力,纵向残余应力平均值为233.07 MPa,横向残余应力平均值为120.55 MPa,均为拉应力。熔覆层与基体起始搭接处残余应力最大,远离熔覆区域基体残余应力最小。(2)在一定范围内,随着激光功率、送粉速度、熔覆层数、熔覆区域的增加;扫描速度的减小,残余应力有增加趋势。长边扫描的残余应力明显大于短边扫描,间隙式扫描和均分式扫描并不能有效改善残余应力分布状态。(3)激光重熔和热处理工艺均能在基本不改变组织性能的条件下有效消除残余应力。选择激光功率1200 W、扫描速度4 mm/s参数进行重熔的试样熔覆层残余应力值最低;将重熔路径与熔覆路径关系由平行改为垂直后,残余应力改善效果更明显。熔覆后热处理能最大限度地降低残余应力,热处理温度越高,对熔覆层残余应力的消除效果越明显。800℃热处理后,纵向残余应力和横向残余应力分别下降了83.8%和73.6%。