为有效减轻隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）滚刀刀圈的失效程度并降低频繁更换刀圈所带来的成本，目前已广泛采用激光熔覆技术在刀圈上制备金属基复合涂层。然而，激光熔覆技术具有加热速度快、冷却速度高和温度梯度大等缺点，导致涂层具有极高的残余应力，使得涂层刀圈在复杂地层中服役时易受交变载荷作用而产生裂纹，甚至出现涂层剥落和径向断裂现象。因此，迫切需要开展刀圈涂层制备残余应力优化工作，以有效降低刀圈疲劳断裂的几率，延长涂层滚刀的服役寿命。本研究针对滚刀涂层刀圈残余应力的有效调控，开发了全尺寸刀圈涂层激光熔覆过程中温度场、组织场和应力场耦合的数值模型，并进行了金相组织、显微硬度和残余应力等性能试验验证，实现了对刀圈涂层残余应力的准确预测。进一步地，本文研究了基材预热温度、扫描顺序、扫描夹角、扫描方向和延长扫描路径等工艺参数对残余应力的影响。结果显示，预热温度的提高并未导致刀圈上各个方向的残余应力明显下降，相反呈现先减小后增加的趋势；改变扫描顺序为刃顶到两刃侧时，刀圈整体上具有较低的曲线斜率和波动值，且在刃顶位置存在较大的压应力；扫描夹角的变化对刀圈各方向正应力最值影响不大，表明各向应力对扫描夹角变化不敏感；延长扫描路径对涂层刀圈的残余应力最值影响最大，且在各路径上存在应力突变现象，这可能对涂层裂纹抑制作用有限。综合来看，采用刃顶到两刃侧的扫描顺序时，刀圈具有最佳的应力分布，能有效抑制裂纹的萌生和扩展，延长刀具的服役寿命，因此该方案目前是较优的工艺方案。本研究为后续真实工况下涂层刀圈的变形、磨损、疲劳及断裂等行为提供了理论基础，并进一步降低了传统TBM刀圈全寿命周期试验的成本，提高了我国TBM涂层刀圈自主化研制水平。

TBM（隧道掘进机）,；激光熔覆技术,多场耦合数值模型,；残余应力优化,；工艺方案评估