拉矫辊堆焊过程数值模拟计算方法
本文关键词:拉矫辊堆焊过程数值模拟计算方法
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【摘要】:在我国钢铁工业中钢材成形主要依靠连铸连轧设备的生产来完成,而拉矫辊是连铸连轧设备的主要部件,拉矫辊的作用为铸坯塑性形变矫正、引导与驱动等。拉矫辊辊面与高温的铸坯接触后随之又被急速降温,同时辊面还承受较大的切变载荷及径向压应力,使拉矫辊消耗非常快。拉矫辊修复一般采用的方法为堆焊修复法,即在母材基体上堆焊合金材料。这样不仅可以修复磨损的拉矫辊,还可以提高拉矫辊的耐热性、抗磨损性等性能。0Cr13Ni4MoN是一种新型开发的材料属于超低碳马氏体钢,通过材料组织分析,发现0Cr13Ni4MoN具有良好塑性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀等特点,适合作为拉矫辊表层包敷材料,可以提高辊体的使用寿命和钢坯质量。本文主要研究数值模拟堆焊过程实际焊接因素对质量的影响,模拟结果可以作为实际堆焊操作的参考指导。利用ANSYS软件热分析和结构分析模块对拉矫辊的堆焊过程采取仿真计算。选定高斯模型作为热源模型,利用直接求解的方式来计算堆焊过程温度场及残余应力应变场,使用稀疏矩阵法求解器能有效解决计算时出现的非线性计算不收敛问题。鉴于高斯载荷施加及移动过程的操作步骤复杂繁琐,所以采用APDL编程方法提高可操作性,同时有利于程序调整和检验。分析堆焊和冷却阶段不同温度场的模拟结果,研究热源对层厚和残余应力及应变状态分布的影响。根据实际工程需求来制定优化焊接工艺方案这样可以提高生产效率和可靠性。通过变换焊接工艺方案研究焊接参数对堆焊模拟结果的影响,从模拟结果中得出结论,改变焊接电流和焊接速度参数对堆焊层尺寸产生如下影响:电弧电流增加时,熔池深度会随之增加,而熔池宽度基本不变;焊接速度越慢,熔宽尺寸、堆焊温度场的温度峰值及宽度会之增加,熔池平均深度为1.2mm,熔池平均宽度为9.5mm;预热温度250~350℃范围得到分布均匀温度场。在冷却过程中残余应力不断向辊体边缘部位扩散并释放,集中在辊体固定端和辊体边缘的残余应力较大,最大应力值约为330Mpa,辊体平均残余应力值为80MPa左右。在预热温度升高的情况下,冷却过程辊体获得分布均匀温度场,辊体有较小应变变形量,变形量约为4E-3左右。同时,较高整体温度会使得轧辊组织更加均匀化,有助于改善残余应力集中现象。根据模拟结果得出工艺优化方案为:焊接电流320~340A,焊接速度12~15cm/min,预热温度值250~260℃。
【学位授予单位】:长春工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG455
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