拉矯輥堆焊過程數(shù)值模擬計算方法.pdf

1、在我國鋼鐵工業(yè)中鋼材成形主要依靠連鑄連軋設(shè)備的生產(chǎn)來完成，而拉矯輥是連鑄連軋設(shè)備的主要部件，拉矯輥的作用為鑄坯塑性形變矯正、引導(dǎo)與驅(qū)動等。拉矯輥輥面與高溫的鑄坯接觸后隨之又被急速降溫，同時輥面還承受較大的切變載荷及徑向壓應(yīng)力，使拉矯輥消耗非常快。拉矯輥修復(fù)一般采用的方法為堆焊修復(fù)法，即在母材基體上堆焊合金材料。這樣不僅可以修復(fù)磨損的拉矯輥，還可以提高拉矯輥的耐熱性、抗磨損性等性能。
　　0Cr13Ni4MoN是一種新型開發(fā)的材料屬

2、于超低碳馬氏體鋼，通過材料組織分析，發(fā)現(xiàn)0Cr13Ni4MoN具有良好塑性、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕等特點，適合作為拉矯輥表層包敷材料，可以提高輥體的使用壽命和鋼坯質(zhì)量。本文主要研究數(shù)值模擬堆焊過程實際焊接因素對質(zhì)量的影響，模擬結(jié)果可以作為實際堆焊操作的參考指導(dǎo)。
　　利用ANSYS軟件熱分析和結(jié)構(gòu)分析模塊對拉矯輥的堆焊過程采取仿真計算。選定高斯模型作為熱源模型，利用直接求解的方式來計算堆焊過程溫度場及殘余應(yīng)力應(yīng)變場，使用稀疏矩陣法

3、求解器能有效解決計算時出現(xiàn)的非線性計算不收斂問題。鑒于高斯載荷施加及移動過程的操作步驟復(fù)雜繁瑣，所以采用APDL編程方法提高可操作性，同時有利于程序調(diào)整和檢驗。分析堆焊和冷卻階段不同溫度場的模擬結(jié)果，研究熱源對層厚和殘余應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)分布的影響。根據(jù)實際工程需求來制定優(yōu)化焊接工藝方案這樣可以提高生產(chǎn)效率和可靠性。
　　通過變換焊接工藝方案研究焊接參數(shù)對堆焊模擬結(jié)果的影響，從模擬結(jié)果中得出結(jié)論，改變焊接電流和焊接速度參數(shù)對堆焊層尺寸

4、產(chǎn)生如下影響：電弧電流增加時，熔池深度會隨之增加，而熔池寬度基本不變；焊接速度越慢，熔寬尺寸、堆焊溫度場的溫度峰值及寬度會之增加，熔池平均深度為1.2mm，熔池平均寬度為9.5mm；預(yù)熱溫度250~350℃范圍得到分布均勻溫度場。
　　在冷卻過程中殘余應(yīng)力不斷向輥體邊緣部位擴散并釋放，集中在輥體固定端和輥體邊緣的殘余應(yīng)力較大，最大應(yīng)力值約為330Mpa，輥體平均殘余應(yīng)力值為80MPa左右。在預(yù)熱溫度升高的情況下，冷卻過程輥體獲得分