H13热作模具钢应用于锻造、挤压、热成型等,在持续的使用过程中,会存在冷热循环以及金属流动等,产生热疲劳裂纹和热磨损。在激光熔覆过程中,由于快速升温、快速冷却造成较大的热应力,在激光熔覆中引入超声振动可以提高模具的质量。为此,本文采用有限元仿真对超声辅助激光熔覆Ni基粉末过程进行热-应力耦合研究。结合实际建立数值模型,用APDL命令流完成高斯热源指令,实现高斯热源的加载与移动。激光熔覆Ni基粉末温度场分析表明,熔覆的温度在短时间内可以升高到极高的温度,随着熔覆时间的增加,涂层的最高温度逐渐提高,可达1551℃。进行了实验验证,温差最大为69℃,熔宽和熔深差距在0.02mm以内。分析了不同涂层厚度、工艺参数对温度的影响,指出激光电流、离焦量等因素对温度影响明显,扫描速度的影响很小。对激光熔覆进行了应力场仿真,熔覆表面存在较高的残余应力为1517.4MPa,数值仿真和实验研究表明,横向焊接残余应力最高处相差76MPa,纵向焊接残余应力最高处相差86 MPa,应力趋势一致。分析了不同涂层厚度和不同工艺参数下的残余应力变化,结果表明热应力随着扫描过程进行而不断变化,当激光热源照射时,涂层与热影响区均为压应力,激光热源移动,涂层压应力向拉应力改变。残余应力随涂层厚度的升高而上升,应力状态未发生变化;激光电流和扫描速度对应力的影响较小,而离焦量的影响较大。在热应力耦合的基础上,利用APDL编写超声振动的命令流,通过有限元分析和实验验证,超声振动使熔覆的峰值温度提高了78℃,随着超声振幅增大,最高温度上升;超声振动的存在使熔覆的残余应力降低了537MPa,超声振幅增加,熔覆的残余应力先降低后升高,在超声振幅为20μm时,残余应力最小为980.13MPa。