本文關(guān)鍵詞：拉矯輥堆焊過程數(shù)值模擬計(jì)算方法

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【摘要】：在我國鋼鐵工業(yè)中鋼材成形主要依靠連鑄連軋?jiān)O(shè)備的生產(chǎn)來完成,而拉矯輥是連鑄連軋?jiān)O(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(dòng)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(shí)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(diǎn),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(shí)際焊接因素對質(zhì)量的影響,模擬結(jié)果可以作為實(shí)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(jì)算。選定高斯模型作為熱源模型,利用直接求解的方式來計(jì)算堆焊過程溫度場及殘余應(yīng)力應(yīng)變場,使用稀疏矩陣法求解器能有效解決計(jì)算時(shí)出現(xiàn)的非線性計(jì)算不收斂問題。鑒于高斯載荷施加及移動(dòng)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(shí)有利于程序調(diào)整和檢驗(yàn)。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(shí)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)對堆焊層尺寸產(chǎn)生如下影響:電弧電流增加時(shí),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(kuò)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布均勻溫度場,輥體有較小應(yīng)變變形量,變形量約為4E-3左右。同時(shí),較高整體溫度會使得軋輥組織更加均勻化,有助于改善殘余應(yīng)力集中現(xiàn)象。根據(jù)模擬結(jié)果得出工藝優(yōu)化方案為:焊接電流320~340A,焊接速度12~15cm/min,預(yù)熱溫度值250~260℃。
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG455

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