Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Оборудование и основы технологии сварки металлов плавлением и давлением

Голосов: 0

ДОПУЩЕНО УМО вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 150700 — «Машиностроение»

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    ББК 30.61я73 
О 13 
О13Оборудование и основы технологии сварки металлов плавлением и
давлением: Учебное пособие / Под ред. Г. Г. Чернышова и Д. М. Шашина. —
СПб.: Издательство «Лань», 2013. — 464 с.: ил. — (Учебники  для вузов. 
Специальная литература). 
ISBN 9785811413423
Рассмотрены принципы классификации сварных соединений, основные виды сваркиплавлением и давлением (дуговая, электрошлаковая, контактная сварка) и специальные виды сварки.Приведены рекомендации для выбора технологии сварки различных конструкционныхматериалов, а также основные сведения о сварочных материалах и оборудовании, обес;печивающих осуществление процесса и заданной технологии сварки.Учебное пособие предназначено для студентов вузов первого уровня высшего профес;сионального образования (бакалавр техники и технологий), обучающихся по  направлениюподготовки «Машиностроение» и по профилю «Оборудование и технология сварочногопроизводства». Полезно для студентов других профилей, связанных с производствомсварных металлоконструкций, а также для конструкторов и технологов, работающих вобласти сварочного производства.
Рецензент:
Н.  П.  АЛЁШИН — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой  технологии  сварки
и диагностики МГТУ им. Н. Э. Баумана, академик РАН.
Коллектив  авторов:
Георгий Георгиевич Чернышов ,  Дмитрий Михайлович Шашин,
Валентин Иосифович Гирш,  Анатолий  Петрович Исаев,
Николай Владимирович Коберник,
Борис Валентинович Копаев,  Александр Владимирович Милованов,
Александр Михайлович Рыбачук

	
Охраняется Законом РФ об авторском праве.Воспроизведение всей книги или любой ее частизапрещается без письменного разрешения издателя.Любые попытки нарушения законабудут преследоваться в судебном порядке.
©  Издательство «Лань», 2013 ©  Коллектив авторов, 2013 ©  Издательство «Лань», художественноеоформление, 2013 

3  ПРЕДИСЛОВИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие предназначено для студентов высших учеб-
ных заведений, обучающихся по направлению подготовки 150700 «Машино- 
строение».
При составлении рабочего учебного плана вузы могут усиливать технологи-
ческую подготовку студентов, включая (в рамках часов, отведенных на дисци-
плины специализаций) такие дополнительные учебные курсы, как «Техноло-
гия сварки специальных сталей и сплавов», «Специальные виды сварки» и др.
Авторы настоящего издания предлагают учебное пособие, состоящее из 
трех разделов: оборудование и технология сварки плавлением, оборудование 
и технология контактной сварки, специальные виды сварки плавлением и дав-
лением.
Вопросы, связанные с теоретическими основами сварки, источниками пи-
тания для дуговой сварки, газопламенной обработкой, проектированием свар-
ных соединений и автоматизацией сварочных процессов, рассматривают в дру-
гих дисциплинах, и они не включены в данный учебник.
Содержание учебного пособия соответствует основным образовательным 
программам, сформированным на основе федерального государственного обра-
зовательного стандарта (ФГОС ВПО), по данному направлению подготовки.
Учебное пособие полезно для студентов других профилей, связанных с произ-
водством металлоконструкций, а также для повышения квалификации кон-
структоров и технологов, работающих в области сварочного производства.
Профессор Г. Г. Чернышов написал гл. 1, 3, 5–7; доцент А. М. Рыбачук — 
гл. 2; доцент Б. В. Копаев — гл. 8, 10, 12; доцент А. П. Исаев — гл. 9, 11; доцент 
Д. М. Шашин, доцент А. В. Милованов — гл. 13; доцент В. И. Гирш — гл. 14, 
15; доцент Н. В. Коберник — гл. 4. 

4ВВЕДЕНИЕ  
ВВЕДЕНИЕ
Современный технический прогресс промышленности нераз-
рывно связан с совершенствованием сварочного производства.
Сварка — такой же необходимый технологический процесс, как обработ-
ка металлов резанием, литье, ковка, штамповка. Высокая производительность  
и большие технологические возможности сварки обеспечили ее широкое при-
менение для создания неразъемных соединений при производстве металлурги-
ческого, химического и энергетического оборудования, различных трубопро-
водов, изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, 
реакторов, строительных и других конструкций.
Перспективы сварки как в научном, так и в техническом плане безгранич-
ны. Ее применение способствует совершенствованию машиностроения и разви-
тию ракетостроения, атомной энергетики, радиоэлектроники.
О возможности использования «электрических искр» для плавления метал-
лов еще в 1753 г. говорил академик Петербургской академии наук Г. Р. Рих-
ман, занимавшийся исследованиями атмосферного электричества. В 1802 г. 
профессор Медико-хирургической академии (Санкт-Петербург) В. В. Петров 
открыл явление электрической дуги и указал возможные области ее практи-
ческого применения. Однако потребовались многие годы совместных усилий 
ученых и инженеров, направленных на разработку источников энергии, необ-
ходимых для реализации процесса электрической сварки металлов. Важную 
роль в создании таких источников сыграли открытия и изобретения в области 
магнетизма и электричества.
В 1882 г. российский ученый-инженер Н. Н. Бенардос, работая над созда-
нием аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки метал-
лов неплавящимся угольным электродом. Им были разработаны дуговая свар-
ка в защитном газе и дуговая резка металлов.
В 1888 г. российский инженер Н. Г. Славянов предложил проводить сварку 
плавящимся металлическим электродом. С его именем связано развитие ме-
таллургических основ электрической дуговой сварки, разработка флюсов для 
воздействия на состав металла шва, создание первого автоматического генера-
тора. 

5  ВВЕДЕНИЕ
В середине 1920-х гг. исследования процесса сварки проводили во Влади-
востоке (В. П. Вологдин, Н. Н. Рыкалин, Г. К. Татур, С. А. Данилов), Москве  
(Г. А. Николаев, К. К. Хренов, К. В. Любавский), Ленинграде (В. П. Никитин, 
А. А. Алексеев, Н. О. Окерблом) и Киеве (Е. О. Патон).
В 1924–1935 гг. применяли в основном ручную сварку электродами с тон-
кими ионизирующими (меловыми) покрытиями. В эти годы под руководством 
В. П. Вологдина были изготовлены первые отечественные котлы и корпуса не-
скольких судов. С 1935–1939 гг. начали использовать электроды с толстым 
покрытием и стержнем из легированной стали, что обеспечило широкое рас-
пространение сварки в промышленности и строительстве. В 1940-е гг. была 
разработана сварка под флюсом, которая позволила повысить производитель-
ность процесса и качество сварных соединений, механизировать производство 
сварных конструкций. В начале 1950-х гг. в ИЭС создают электрошлаковую 
сварку для изготовления из литых и кованых заготовок крупногабаритных де-
талей оборудования тяжелого машиностроения.
С 1948 г. в промышленности применяют ручную дуговую сварку непла-
вящимся электродом и механизированную и автоматическую сварку непла-
вящимся и плавящимся электродом в аргоне. В 1950-х гг. в ЦНИИТМАШе 
К. В. Любавским и Н. М. Новожиловым при участии специалистов из МВТУ 
им. Н. Э. Баумана и ИЭС им. Е. О. Патона был разработан высокопроизводи-
тельный процесс сварки плавящимся электродом низкоуглеродистых и низко-
легированных сталей в среде углекислого газа, обеспечивающий высокое каче-
ство сварных соединений.
Создание новых источников тепловой энергии — концентрированного 
электронного и лазерного луча — обусловило появление принципиально но-
вых способов сварки плавлением, названных электронно-лучевой и лазерной 
сваркой, успешно применяемых в промышленности. С развитием обитаемых 
орбитальных станций сварка потребовалась и в космосе. Наши космонавты 
В. Н. Кубасов и Г. С. Шонин в 1969 г., а С. Е. Савицкая и В. А. Джанибеков 
в 1984 г. провели в космосе сварку, резку и пайку различных металлов.
Контактная сварка, при осуществлении которой используется теплота, 
выделяющаяся в области контакта свариваемых частей при прохождении 
электрического тока, относится к способам сварки с применением давления. 
Различают точечную, стыковую, шовную и рельефную контактную сварку. 
Основные способы контактной сварки разработаны в XIX в. В 1856 г. англий-
ский физик Уильям Томсон (Кельвин) открыл стыковую контактную сварку 
сопротивлением. В 1887 г. Н. Н. Бенардос получил патент на способы точеч-
ной и шовной контактной сварки угольными электродами. Позднее, когда 
появились электроды из меди и ее сплавов, эти способы контактной сварки 
стали основными.
В 30–50-е гг. XX в. в СССР сложились научные школы и коллективы по 
изучению и практическому применению контактной сварки.
В Москве (ЦНИИТМАШ, НИАТ, МАТИ, МВТУ большой комплекс работ по 
теории и технологии контактной сварки выполнили А. С. Гельман и Н. С. Ка-
банов, Д. С. Балковец, Б. Д. Орлов, П. Л. Чулошников, А. А. Чакалев, И. Я. Ра-
бинович, Н. Л. Каганов, а также А. И. Гуляев (ГАЗ). 

6ВВЕДЕНИЕ
В Ленинграде (ВНИИЭСО, завод «Электрик») исследования и практическое 
применение контактной сварки и проектирование оборудования осуществляли  
А. Я. Кочановский, А. И. Ахун, С. К. Слиозберг, К. А. Кочергин, Ф. А. Аксель-
род, В. Я. Хазов, В. А. Гиллевич, В. Б. Кисельников, В. Я. Пушкин, Л. В. Гле-
бов, Ю. И. Филиппов, А. Я. Яшунский, З. А. Рыськова и др.
В Киеве (ИЭС) разработкой технологии и оборудования для контактной 
сварки занимались К. К. Хренов, В. К. Лебедев, С. И. Кучук-Яценко, В. Э. Мо-
равский, В. Н. Подола, И. В. Пентегов и др.
Контактная сварка занимает ведущее место среди механизированных спо-
собов сварки в автомобилестроении при соединении тонколистовых штампо-
ванных конструкций кузова. Стыковой сваркой соединяют стыки железнодо-
рожных рельсов и магистральных трубопроводов. Шовную сварку применяют 
при изготовлении тонкостенных емкостей. Рельефная сварка — наиболее вы-
сокопроизводительный способ сварки плоскостных тонколистовых панелей 
и арматуры для строительных железобетонных конструкций. Конденсаторную 
контактную сварку широко используют в электронной промышленности при 
изготовлении элементной базы и микросхем.
С развитием техники возникает необходимость сваривать детали толщиной 
от нескольких микрометров (в микроэлектронике) до десятков сантиметров 
и даже метров (в тяжелом машиностроении). Все чаще в сварных конструкциях 
наряду с углеродистыми и низколегированными сталями применяют специ-
альные стали, легкие сплавы и сплавы на основе титана, молибдена, хрома, 
циркония и других металлов, а также разнородные и композиционные мате-
риалы, что требует постоянного обновления применяемых видов сварки и сва-
рочного оборудования.
В этих условиях важную роль играет подготовка — теоретическая и прак-
тическая — квалифицированных кадров для сварочного производства, что яв-
ляется основной задачей данного учебного пособия. 

Часть I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 
И ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ 
СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ 

8ГЛАВА 1. ВИДЫ СВАРКИ И СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
ВИДЫ СВАРКИ 
И СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
1.1.  ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
ПРИ СВАРКЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ  
СВАРКИ, СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ
1.1.1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ
Конструкции сложной формы, как правило, получают в ре-
зультате объединения друг с другом отдельных элементов (детали, сборочные  
узлы) с помощью разъемных или неразъемных соединений.
ГОСТ 2601-84 «Сварка металлов. Термины и определения основных поня-
тий» устанавливает ряд терминов и определений основных понятий при сварке 
металлов для сварных соединений и швов.
Сварной конструкцией называют металлическую конструкцию, изготов-
ленную сваркой отдельных деталей. Часть такой конструкции, в которой сва-
рены примыкающие друг к другу элементы, называют сварным узлом.
Сварка — процесс получения неразъемных соединений посредством уста-
новления межатомных связей между соединяемыми частями при их местном 
или общем нагревании, или пластическом деформировании, или совместном 
действии того и другого.
Сварные соединения — неразъемные соединения, выполненные сваркой. 
В сварное соединение входят сварной шов, прилегающая к нему зона основно-
го металла, в которой в результате теплового воздействия сварки произошли 
структурные и другие изменения (зона термического влияния), и примыкаю-
щие к ней участки основного металла.
Сварной шов представляет собой участок сварного соединения, образо-
вавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла сварочной 
ванны.
Основной металл — металл подвергающихся сварке соединяемых ча-
стей.
Зона термического влияния при сварке — участок основного металла, не 
подвергшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в ре-
зультате нагрева при сварке или наплавке.
Сварочная ванна — это часть металла свариваемого шва, находящаяся при 
сварке плавлением в жидком состоянии.
Углубление, образующееся в конце валика под действием давления дуги 
и объемной усадки металла шва, называют кратером.
ÃËÀÂÀ 
1 

91.1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ
Металл для введения в сварочную ванну в дополнение к расплавленному 
основному металлу называют присадочным металлом.
Переплавленный присадочный металл, введенный в сварочную ванну или 
наплавленный на основной металл, называют наплавленным металлом.
Сплав, образованный переплавленным основным или переплавленным 
основным и наплавленным металлами, называют металлом шва.
1.1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ СВАРКИ
Для получения сварного соединения и образования межатом-
ных связей атомы соединяемых деталей получают некоторую дополнительную  
энергию, необходимую для преодоления существующего между ними энергети-
ческого барьера, называемую энергией активации. При сварке ее вводят в зону 
соединения извне путем нагрева (термическая активация) или пластического 
деформирования (механическая активация).
В зависимости от характера активации при выполнении соединений раз-
личают два основных вида сварки — плавлением и давлением.
При сварке плавлением детали по соединяемым кромкам оплавляются под 
действием внешнего источника теплоты. Расплавленный металл, сливаясь 
в общий объем, образует жидкую сварочную ванну. При ее охлаждении жид-
кий металл затвердевает и образует сварной шов. Шов может быть образован за 
счет расплавления металла только свариваемых кромок или металла кромок 
и присадки, дополнительно вводимой в сварочную ванну.
При сварке давлением осуществляют совместное пластическое деформиро-
вание материала по кромкам свариваемых деталей. Благодаря пластической де-
формации облегчается установление межатомных связей соединяемых частей. 
Для ускорения процесса применяют сварку давлением с нагревом. При некото-
рых способах сварки давлением нагрев осуществляют до оплавления металла 
свариваемых поверхностей или промежуточных вспомогательных прокладок, 
а воздействие давления возможно в непрерывном или прерывистом режимах.
В настоящее время существует более 150 сварочных процессов, которые 
в соответствии с ГОСТ 19521-74 «Сварка металлов. Классификация» клас-
сифицируют по физическим, техническим и технологическим признакам.
Физическими признаками являются форма энергии и вид источника энер-
гии, непосредственно применяемого для получения сварного соединения.
Все сварочные процессы по форме энергии относят к одному из трех клас-
сов: термическому, термомеханическому и механическому.
Термический класс включает в себя виды сварки плавлением (дуговая, 
плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая, тер-
митная и др.), осуществляемой с использованием различных источников те-
пловой энергии.
Термомеханический класс — виды сварки (контактная, диффузионная, 
газо- и дугопрессовая, индукционнопрессовая, печная и др.), осуществляемой 
с применением источников тепловой энергии и давления.
Механический класс — виды сварки давлением (холодная, ультразвуко-
вая, магнитоимпульсная, сварка трением и взрывом), осуществляемой с ис-
пользованием источников механической энергии и давления. 

10ГЛАВА 1. ВИДЫ СВАРКИ И СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Техническими признаками классификации сварочных процессов являют-
ся способы защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса и степень  
его механизации (рис. 1.1).
Технологические признаки классификации устанавливаются для каждого 
вида сварки отдельно. Например, дуговая сварка может отличаться по виду 
электрода и дуги, роду и полярности тока, количеству электродов и наличию 
внешнего воздействию на формирование шва.
Рис. 1.1Классификация видов дуговой сварки по техническим признакам 

111.2. ВИДЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
1.2. ВИДЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
1.2.1. ДУГОВАЯ СВАРКА
Этот вид сварки плавлением включает в себя те ее способы, при 
осуществлении которых источником нагрева является сварочная дуга, пред- 
ставляющая собой устойчивый электрический разряд, происходящий в газо-
вой среде между двумя электродами или электродом и деталью.
При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов не-
обходима защита сварочной ванны от воздействия атмосферных газов — кис-
лорода, азота и водорода, так как они растворяются в жидком металле и ухуд-
шают качество металла шва.
В соответствии с техническими признаками классификации сварочных 
процессов по способу защиты свариваемого металла и сварочной ванны от 
окружающей среды наиболее распространены дуговая сварка в защитном газе, 
под флюсом и с комбинированной защитой.
По технологическим признакам классификации в основном различают ду-
говую сварку плавящимся и неплавящимся электродами. Плавящимися элек-
тродами являются штучные электроды, металлические проволоки и стержни 
из сталей, сплавов алюминия, титана, никеля, меди и других металлов; непла-
вящимися — угольные, графитовые и вольфрамовые стержни и другие туго-
плавкие металлы.
По степени механизации процесса наиболее распространены ручная, меха-
низированная и автоматическая дуговая сварка.
Ниже приведены краткие описания и характеристики основных способов 
дуговой сварки.
Ручная дуговая сварка. Дуговая сварка, при которой возбуждение дуги, 
подача электрода и его перемещение проводятся вручную. Сварку выполняют 
штучными покрытыми электродами. Покрытый электрод представляет собой 
металлический стержень с нанесенным на его поверхность покрытием (обмаз-
кой). Сварной шов образуется за счет расплавления металла свариваемых кро-
мок и плавления стержня сварочного электрода.
Дуговая сварка под флюсом. Дуговая сварка, при которой дуга горит под 
слоем сварочного флюса. Под воздействием теплоты в зоне горения дуги пла-
вятся кромки основного металла, электродная проволока и часть флюса. Пода-
ча проволоки в зону горения дуги механизирована, а перемещение дуги по сва-
риваемым деталям выполняется вручную или специальными механизмами.
Дуговая сварка в защитных газах. Дуговая сварка, при которой дуга и рас-
плавленный металл, а в некоторых случаях и остывающий шов, находятся в за-
щитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств. При 
этом можно использовать как неплавящийся, так и плавящийся электроды, 
а процесс выполнять ручным, механизированным или автоматическим способом.
Плазменная сварка. Сварка плавлением, при которой нагрев проводится 
сжатой дугой. В результате получают высокотемпературный ионизированный 
газ, называемый плазмой. Температура плазменной струи значительно выше, 
чем у обычной сварочной дуги. В качестве плазмообразующего газа чаще всего 
используют аргон, гелий или азот. 


    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика