Peculiarities of simulation of the additive process of forming of 3D products from steel 09G2S

Abstract

The results of modeling of thermal elds, stresses, deformations and displacements in formation of an additive structure of 09G2S steel on a substrate are presented. An interdisciplinary research computational package COMSOL Multiphysics was used for computer modeling. Effect of the temperature on physicochemical parameters of steel was taken into account in the work. The results for modeling were obtained using Gleeble 3800 a complex for simula- tion of thermal deformation state of welding thermal cycle. Some physical-thermal properties of 09G2S steel were calculated using JmatPro 6.0 software package. Carried investigation showed that the highest level of residual stresses and deformations in additive deposition of 09G2S steel layers on the substrate is reached at the boundary of the rst layer and substrate and makes 280320 MPa. Stresses between the layers of deposited metal are signi cantly lower (to 50 MPa). It is determined that the increase of the number of deposited layers provokes nonlinear rise of a level of stress at the additive layer/substrate boundary and does not depend on the number of deposited layers in time. In additive man- ufacturing process, preheating to at least 300÷320 °C tem- perature should be used to prevent noticeable deformation of the substrate. Developed software can be used for mathematical modeling of additive process of formation of steel, titanium and aluminum alloys structures. Ref. 12, Figures 7. 

Streszczenie

Przedstawiono wyniki modelowania pól termicznych, naprężeń, odkształceń i przemieszczeń przy formowaniu konstrukcji addytywnej ze stali 09G2S na podkładce. Dla dokonanego modelowania komputerowego wykorzystano pakiet dla międzydyscyplinarnych badań COMSOL Multiphysics. W pracy uwzględniono wpływ temperatury na parametry zykochemiczne stali. Wyniki dla modelowania otrzymano z wykorzystaniem kompleksu imitowania stanu termo-odkształceniowego cyklu termicznego spawania Gleeble 3800. Właściwości fizyko-termiczne stali 09G2S obliczono za pomocą pakietu JmatPro 6.0. Przeprowadzone badania świadczą, że przy nanoszeniu addytywnym warstw stali 09G2S na podkład największy poziom naprężeń resztkowych i odkształceń osiąga się na granicy pierwszej warstwy i podkładki i stanowi 280÷320 MPa. Naprężenia miedzy warstwa- mi metalu napawanego są znacznie niższe (do 50 MPa). Ustalono, że ze wzrostem ilości warstw naniesionych poziom naprężeń na granice warstwa addytywna/podkład wzrasta nieliniowo i z czasem nie zależy od ilości warstw nanoszonych. Przy procesie addytywnym dla zapobiegania odkształcenia podkładu należy stosować poprzednie nagrzewanie do temperatur 300÷320 °Ð¡. Te programy mogą być stosowane dla modelowania matematycznego procesu formowania konstrukcji ze stali i stopów aluminiowych.