堆焊轧辊失效分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文堆焊轧辊失效分析姓名：杜晗婷申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：陈冰泉20071101摘要轧辊是轧钢生产中的重要部件之一，采用堆焊方法修复轧辊，能提高轧辊使用寿命，降低轧辊耗量，并能够提高轧机的作业率和产品的质量，是一种有效、经济的技术措施，因此，对轧辊修复技术进行研究和完善具有重要意义。目前人们对轧辊修复的研究多限于修复工艺的研究或者单纯的温度场、应力场的模拟，很少有人将化学成分、力和工艺综合起来系统地进行研究。本课题则从组织成分、力与工艺因素参数等方面综合分析轧辊端部

2、剥落的原因，运用数值模拟的方法对焊接残余应力的变化过程进行预测，找出轧辊堆焊修复失效的原因，为该工艺的完善奠定基础。运用XRD对轧辊剥落层进行了相分析，利用SEM和EDS对堆焊层金属的组织形态和成分进行分析，通过分析结果判断剥落面所处位置。接触应力的计算基于经典赫兹理论，考虑切向载荷(即摩擦力)所产生的应力影响，并且分析轧辊表面淬硬层组织与心部金属材料组织性能的差别对辊间接触应力分布的影响。轧辊堆焊的焊接过程非常复杂，成功预测焊接温度场和应力场的分布情况是获得高质量焊接结构的重要举措。本论文基于ANSYS

3、平台，对轧辊堆焊的温度场和应力场的分布进行了动态模拟，分析了不同时刻的温度场分布、应力场中残余应力的变化及其沿轧辊径向分布的情况。计算结果与实测结果对比，二者基本吻合。论文的完成可为轧辊堆焊焊接参数的选取提供有效依据，可望节省大量的时间和物质资源。论文针对轧辊堆焊环形焊缝的特殊情况，建立高斯分布热源模型，运用JMatPro软件对母材和熔敷金属的热物理常数进行计算，特别是对熔敷金属焊态下的热物理常数的计算，通过APDL语句实现热源移动，实现了对轧辊堆焊应力场的模拟。分析焊接工艺，选材方面考虑堆焊工作层和过渡

4、层之间的匹配问题，以及焊缝金属的回火脆性温度区间；工艺方面，改变预热温度和热处理温度，避开回火脆性温度区间，调整堆焊顺序，提高了轧辊肩部的抗裂性，实现局部应力集中部位的均质性，从而达到降低非均质性对辊内切应力增加作用的目的，对与辊肩部相邻的辊颈进行保温处理，避免由于肩部冷速过快造成的热应力和组织淬硬。本文对剥落轧辊堆焊修复工艺进行了修改，实际证明新工艺切实可行．关键词：轧辊失效，接触应力，有限元分析，残余应力场AbstractRollerisoneofthemostimportantcomponentsi

5、nsteelrollingprocess，andsurfacingisaneffectiveandeconomicalmethodtorepaircompoundroller．Surfacingprolongsworkdurationandreducesabrasionofaroller：itimprovesefficiencyofrollingmillandqualityofproductionsaswell．Therefore，researchandprogressonrollerrepairingt

6、echnologyarepraiseworthy．Uptonow,mostoftheresearchesonrollerrepairingaremerelyaboutrepairingtechniqueoraboutsimulationonthermalfieldandstressfield，fewofthemtakechemicalcomponent，stressandtechnologyintoaccountaltogether．Incontrast,thisstudyinvestigatesthee

7、ffectofthethreefactors，includingmiorostmcturesandcomponents，variousforces，andweldingprocedure，ontherollerendspalling．Numericalsimulationmethodisusedtoforecastthetransformationprocessofweldingresidualstress，andtofindoutthecal．1Seoffailingtorepairarollerusi

8、ngsurfacingmethod，whichhelpstoimprovethissurfacingtechnology．XRDisutilizedtoanalyzethephasesofspallinglayer,SEMandEDSmethodsaretakentoanalyzethemicrostructuresandcomponentsofsurfacinglayermetal，respectively．Accordin