潘龙博，张 硕，江 济，谢庆忠，刑学强

（安徽马钢重型机械制造有限公司，安徽 马鞍山 243000）

钢的连铸生产设备主要由钢包、中间包和结晶器3个冶金反应器串联布置而成。中间包过程是钢的高效连铸过程中关键生产环节之一，对于提高连铸机生产效率、改善钢坯质量有着重要作用［1－3］。中间包一般采用箱式结构，使用多块钢板拼焊制造。焊缝数量较多且分布密集，造成了较大的焊接残余应力和严重的应力集中。中间包焊接结构整体性强、刚性大，对应力集中因素非常敏感，容易在应力集中位置出现脆性断裂，并且裂纹一旦开始扩展，就难以被止住。焊接残余应力与焊接开裂和变形直接相关，并且影响焊件焊后的承载能力和抵抗破坏能力［4－6］。有限元数值模拟是获得大型焊接结构残余应力最有效的方法之一［7－9］。但目前对于连铸中间包焊接残余应力的数值模拟研究还鲜见相关报道。本文使用有限元法，模拟计算中间包焊接残余应力的分布，为控制焊接接头残余应力、提高焊接质量提供理论依据。

1 数值模拟方法

1.1 焊接工况及材料参数

计算模型为某钢厂连铸中间包，尺寸为5 820 mm×2 140 mm×1 230 mm，包的侧壁斜度13°。中间包由60块钢板和2个吊耳焊接而成，见图1。钢板厚度15～30 mm，包身材质为Q345B，吊耳材质为Q690D，其热学和力学物理性能参数分别见文献［5］和［10］。

焊接方法为CO2气体保护焊，焊接工艺按照JB／T 5000.3—2007《重型机械通用技术条件 第3部分焊接件》标准进行，钢板按GB／T 985.1—2008《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》加工焊接坡口。……