预热对热轧辊钢试样堆焊温度场和应力场影响的数值模拟

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1、摘要本文以60CrMnMo为研究对象，测量了其试样在堆焊过程的温度场和堆焊后的残余应力场。利用ANSYS有限元软件，建立了模型，对堆焊过程中的温度场和应力场进行了数值模拟。将堆焊试样的温度场和残余应力场实测结果与模拟结果进行比较，二者基本吻合，证明模型是有效的。在此基础上，对堆焊试样温度场进行了数值模拟，获得了不同时刻整个试样的温度分布及试样上各典型截面的温度变化曲线。同时，模拟了在200℃、300℃和400℃不同预热温度条件下，堆焊试样冷却到180秒时的温度场和平衡态温度场。模拟结果表明：无预热条件下，试样冷

2、却到16秒时移去热源前后温度场分布有很大差异，堆焊结束后，热量迅速向下表面及周界方向传播。直至冷却到180秒，试样温度场显现平衡态。预热可以提高堆焊试样的整体温度，并减小侧面和心部的温差，使堆焊试样的温度分布趋于均匀。根据堆焊温度场模拟结果，模拟了无预热条件下试样在堆焊过程中发生马氏体相变时几个关键时刻的瞬态过程应力。同时，还模拟了在200。C、300。C和400℃不同预热温度条件下，堆焊试样冷却到180秒时的应力场以及残余应力场。结果表明：在无预热条件下应力峰值出现于热影响区与母材区交界面，且最大拉应力位于试

3、样内部热影响区附近。随预热温度升高，三个典型截面的出现残余应力最大值的位置不变，只是试样上应力分布整体呈下降趋势。关键词数值模拟；温度场；应力场；预热温度燕山人学工学硕士学位论文AbstractThehardfacingspecimenWaStakenfromthehotrollersteel60CrMnMo，whosetemperaturefieldduringhardfacingandresidualstressfieldafterhardfacingweremeasured。ByusingANSYSsof

4、tware，thefiniteelementmodel(FEM)wasestablishedbasedontheweldingplane．Then，thetemperatureandthestressfieldsduringtheprocessofhardfacingweresimulated．Comparingthemeasuredresultsofthetemperatureandresidualstressfieldswiththosesimulatedones，theyarekeepagreementv

5、erywell，whichprovethismodelforthehardfacingsimulationiseffective．Basedonmentionedabove，thetemperaturefieldofthespecimenduringhardfacingWassimulated、Thetemperaturedistributionofthespecimenatthedifferenttimesandcu／'vesofthetemperaturedistributionatdifferentsec

6、tionwereobtained．Meanwhile，thetemperaturefieldofthehardfacingspecimen，whichwascooledto180s，anditsbalancestatetemperaturefieldweresimulatedwhenthepreheatingtemperaturewere200℃。300。Cand400℃respectively．ThesimulatedresuJtsofthetemperatureshowthat,thetemperature

7、distributionbeforeandafterthespecimenwascooledto16sisdifferentlargely．Thequantityofheattransmitstobelowsurfacequickly．Whenthespecimeniscooledtol80s，thetemperaturefieldbecamebalancestate．Thetemperatureofthespecimencarlbeincreasedandthetemperaturedifferencebet

8、weencenterandthesidesurfaceCanbereducedbypreheating，whichmakestemperaturedistributionofthespecimenuniform．Accordingthemodelandsimulatedresultsofthetemperaturefield，severalprocessstressfieldsatth