论文摘要
论文以冶金轧辊表面埋弧堆焊层为研究对象,利用体视显微镜、扫描电镜观察了堆焊层裂纹及裂纹断口宏观形貌、微观形貌。利用洛氏硬度计测定堆焊层、过渡层和基体硬度。利用金相显微镜观察堆焊层、过渡层及基体金相组织。利用XRD测定堆焊层残余奥氏体量。利用发射光谱仪测定堆焊层、过渡层及基体材料化学成分。利用X射线能谱仪测定断口表面微区化学成分。通过上述方法确定轧辊失效性质及失效原因。本文基于ANSYS有限元平台,根据该件轧辊堆焊环境,应用热-结构耦合法模拟轧辊焊缝及其附近区域堆焊降温过程中温度场,分析其轴向、周向和径向热应力场；并比较了不同焊接线能量输入下的堆焊层热应力场变化。论文主要研究结论如下：（1）轧辊堆焊层表面及纵向剖面堆焊层均观察到短裂纹和沿晶微裂纹,横向剖面的堆焊层及母材均未观察到裂纹。短裂纹为结晶裂纹（长度为1～10mm）,位于焊缝中心主要呈横向。沿晶微裂纹为再热裂纹,位于近缝区粗晶部位主要呈横向穿越晶界铁素体。（2）堆焊层整体P含量（0.025%）超过技术要求和枝晶表面P（0.05-0.06%）、S（0.05-0.12%）含量过高是堆焊层产生结晶裂纹的成分因素。堆焊层材料含有较高含量的Mo、V等碳化物形成元素和晶界弱化元素P（0.04%）、S（0.03%）是堆焊层产生再热裂纹的成分因素。（3）模拟轴向热应力峰值区位于轧辊焊缝中心,周向、径向热应力峰值区位于轧辊热影响区。轴向热应力（242MPa,1100℃）远大于周向热应力（171MPa,1100℃）和径向热应力（48MPa,1100℃）。轴向热应力较大,且热应力峰值区出现在轧辊焊缝中心是堆焊层发生横向开裂的力学因素。（4）模拟热应力随着焊道宽度减小而减小,即热应力随焊接线能量输入减少而减小。减小焊接线能量输入能避免堆焊热应力过大。