СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОШЛАКО ВОЙ СВАРКЕ

Характерной особенностью электрошлаковой сварки является образование соединения сразу по всей толщине. На формирование и величину остаточных напряжений в электрошлаковых соедине­ниях, помимо других причин, оказывают сильное влияние сле­дующие два фактора; а) отношение ширины зоны, нагретой до высоких температур, к толщине металла; б) неравномерность тем­пературы по толщине, увеличивающаяся с ростом толщины ме­талла и уменьшением скорости сварки.

В металле толщиной до 100—150 мм отношение ширины высо­котемпературной области к толщине велико и усадка нагретого металла в направлении толщины происходит в основном беспре­пятственно. Больших напряжений ог не образуется; формирова - ниє напряжений идет как при однопроходной автоматической сварке встык металла средней толщины. Компонент ох заметно преобладает над двумя остальными оу и ог (рис. 44).

С ростом толщины металла ширина высокотемпературной об­ласти относительно уменьшается, возрастает препятствие усадке в направлении толщины и появляются заметные растягивающие

ffy — вдоль шва; — поперек шва; <т2 — в направлении толщины

ло уо о

напряжения аг. Одновременно наблюдается рост растягивающих напряжений оу в глубине металла шва.

В. С. Игнатьевой расчетным путем определялись трехосные остаточные напряжения ох, оу и ог при однопроходной сварке встык пластин сразу по всей длине [43]. Получено, что с ростом толщины или с уменьшением ширины высокотемпературной об­ласти возрастают напряжения ог. При этом, как следует из рас­четов, напряжения ох остаются почти равномерными по толщине, а напряжения оу в глубине металла хотя и растягивающие, но незначительны. Полученное решение правильно отражает неко­торые качественные тенденции в образовании напряжений. Од­нако допущение об одновременности заварки шва по всей длине

в)

Рис. 45. Остаточные напряжения:

а — в образце 500Х 600 мм, б = 240 мм при у ~ О, Gх и а^ — напряжения иа поверхности

шва; б — х ~ 300 мм, у ~ 0, б = 240 мм, csXt а^ио^ — распределение напряжений по

толщине шва; в — в плите 2250Х 1000 м, 6 = 350 мм, ах, <ты — напряжения иа поверх-

а уа

вости шва со стороны сварочного автомата, ах. Gy — то же, со стороны охлаждаемой подкладки, gx, Су, а2 — напряжения в глубине металла по оси шва

и равномерности температуры по толщине не позволили расчетным путем получить правильные количественные зависимости.

На рис. 45 и 46 показаны экспериментальные значения оста­точных напряжений ах, ау и ог в электрошлаковых сварных со­единениях толщиной 240, 350 и 700 мм[6] [16]. Напряжения на поверхности определяли при помощи проволочных тензодатчиков, а в глубине металла — при помощи специальных вставок (п. 44).

На рис. 47 показаны остаточные напряжения на поверхности свар­ной плиты, найденные при помощи малобазного съемного механи­ческого тензометра [19].

Как следует из экспериментальных данных, распределение всех трех компонентов напряжений по толщине отличается зна­чительной неравномерностью. На поверхности сварных соединений действуют относительно небольшие по сравнению с оТ напря­жения ах. По мере продвижения в глубину шва они возра­стают, являясь растягивающими. По оси соединений напряже­ния ох могут превосходить предел текучести металла вследствие
объемности напряженного состояния. Напряжения ау на поверх­ности соединения сжимающие. Исключения, по-видимому, могут составлять случаи, когда соединение остывает при жесткой заделке деталей в конструкции. В глубине швов напряжения оу всегда растягивающие. Напряжения ог — растягивающие и во всех ис­следованных случаях несколько меньше напряжений ах и оу.

Представляет интерес оценка поля напряжений при сварке сверхбольших толщин. Так как ширина высокотемпературной зоны с ростом толщины металла мало изменяется, то при сверх­больших толщинах она оказывается как бы заключенной между двумя холодными плитами. В таких условиях при остывании ме-

талла компоненты ах и аг должны возрастать одинаково быстро и быть одного порядка. Одновременно с ростом толщины возрастает неравномерность температуры по толщине, что приводит к росту оу в глубине шва и неравномерности ах по толщине. „Поэтому с ростом толщины металла жесткость схемы остаточных напряжений, ве­роятно, убывать не должна, а величина напряжений может быть весьма значительной.

Необходимо, однако, иметь в виду, что разрушающие действи­тельные напряжения, получаемые, например, при одноосном растя­жении круглых образцов, значительно превосходят условный пре­дел прочности ов и тем более предел текучести металла. В табл. 3 приведены значения от и ораэР для различных марок сталей в го­рячекатаном состоянии, полученные совместно с М. Н. Скури - Хиным.

Кроме того, область растягивающих трехосных напряжений обычно окружена зонами, где компоненты напряжений меньше,

а эквивалентные напряжения а( выше, чем в зоне с трехосными растягивающими напряжениями. При нагружении возможно пере­распределение напряжений с протеканием пластических деформа­ций. В этом случае хрупкое разрушение может не наступить.

Электрошлаковая сварка легированных сталей, существенно смещающих свои температуры структурных превращений, при­водит к образованию сложных эпюр остаточных напряжений. На рис. 48 показаны средние напряжения оХа и аго в образцах из среднелегированпой стали, сваренных электрошлаковой сваркой- Металл шва — аустенитная сталь.