Остаточные напряжения при электрошлаковой сварке

На величину и характер распределения напряжений в шве при электрошлаковой сварке оказывает влияние ее особенность - образование соединения происходит сразу по всей толщине металла. Помимо других причин на величину остаточных напряжений сильно влияют также отношение ширины зоны, нагретой до высоких температур, к толщине металла и неравномерность температуры по толщине, увеличивающаяся с ростом толщины металла и увеличением скорости сварки. В металле толщиной до 100 - 150 мм отношение ширины высокотемпературной области к толщине металла велико и усадка нагретого металла в направлении толщины происходит в основном беспрепятственно. Больших напряжений σ _z не образуется, формирование напряжений идет как при однопроходной автоматической сварке встык. Значение напряжения σ _х заметно больше чем σ _у и σ _z. С ростом толщины металла ширина высокотемпературной области относительно уменьшается, возрастает сопротивление усадке в направлении толщины металла и появляются заметные растягивающие напряжения σ _z. Одновременно наблюдается рост растягивающих напряжений σ _у в глубине металла. На рис. 2.11 показано распределение напряжений для низкоуглеродистой стали при толщине металла 240 мм. Аналогичный характер напряжений и их значения были зарегистрированы при толщине металла 350 и 700 мм.

Обращает на себя внимание неравномерность распределения напряжений σ _х и σ _у по толщине металла. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, при сварке металла большой толщины температура на его поверхности на несколько десятков градусов ниже, чем в глубине вследствие теплоотдачи с поверхности. Во-вторых, при усадке по толщине нагретой зоны, узкой по сравнению с толщиной металла, на поверхности металла возникают поперечные сжимающие напряжения σ _у. По указанным причинам на поверхности электрошлаковых

Рис. 2.11

По поводу появления значительных напряжений σ _z, составляющих примерно 180 МПа, следует подчеркнуть еще раз, что не абсолютное значение толщины металла влияет на их образование, а соотношение размеров ширины нагретой зоны и толщины металла. Напряжения σ _г могут возникнуть даже при толщине металла всего несколько миллиметров, если будет малая ширина зоны нагрева.

При электрошлаковой сварке кольцевых швов большой толщины с внутренней стороны обечайки и в шве возникают высокие значения поперечных растягивающих напряжений σ _у. В местах замыкания шва возможно образование трещин.