Сварка строительных металлических конструкций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
___________________________________________________ 

В.С. Парлашкевич, В.А. Белов 

СВАРКА
СТРОИТЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ 
КОНСТРУКЦИЙ

3-е издание (электронное) 

М о с к в а  2017 

УДК 624.014:621.79 
ББК 38.5
П 18
Р е ц е н з е н т ы

канд. техн. наук, доцент В. Н. Лютов, зав. кафедрой технологии
и механизации строительства Алтайфского государственного
технического университета, д-р техн. наук,
профессор Б. Г. Ким, зав. кафедрой строительного производства
Владимирского государственного университета

  Парлашкевич, В.С. 

П 18
Сварка строительных металлических конструкций [Электронный 
ресурс] : учебное пособие / В. С. Парлашкевич, В. А. Белов ; М-во 
образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — 3-е 
изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 113 с.). — М. : 
Издательство МИСИ—МГСУ, 2017. — Систем. требования: Adobe 
Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ISBN 978-5-7264-1717-2

Приведены сведения об основных существующих способах сварки. 
Описаны основные технологические процессы, происходящие при различных способах сварки, оборудование и материалы, рассмотрены основные преимущества и недостатки каждого вида сварки.
Рассмотрены пути повышения прочности и свариваемости сварных 
соединений, а также контроля их качества. Изложены основы теории
образования сварочных напряжений и деформаций и мероприятия по их 
снижению и основы технологического процесса изготовления сварных 
строительных металлоконструкций.
Для студентов очного и заочного отделений института ИГЭС, а также 
экстерната при изучении раздела «Сварка», предусмотренного дисциплиной «Металлические конструкции, включая сварку».

УДК 624.014:621.79 
ББК 38.5 

ISBN                            978-5-7264-1717-2    

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: 
Сварка строительных металлических конструкций : учебное пособие / 
В. С. Парлашкевич, В. А. Белов ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд. — М. : Издательство МИСИ—
МГСУ, 2012. — 112 с. — ISBN 978-5-7264-0569-8.

©  Национальный исследовательский

Московский государственный 
строительный университет, 2012

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных 
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от 
нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
В пособие приводятся основные сведения о видах сварки, сварочных материалах, сварных швах и сварных соединениях, применяемых в строительстве. Рассматриваются технические критерии оценки видов сварки, сварочных материалов и сварочного 
оборудования при изготовлении и монтаже металлических конструкций. Описаны и проанализированы современные методы 
сварки строительных металлических конструкций. 
Основные цели учебного пособия − формирование у студентов 
обобщенной системы знаний об особенностях одного из наиболее 
распространенных технологических процессов при изготовлении 
строительных металлических конструкций − сварки. В том числе 
ознакомить студентов с ниже перечисленными разделами сварочной науки и техники: 
–  сущностью сварки, как процесса образования межатомной 
связи металлов; 
–  основами технологических процессов сварки металлических 
строительных конструкций, механизацией, автоматизацией и роботизацией сварочных работ в строительстве.  
–  сварочными материалами применяемых при сварке строительных металлических конструкций; 
–  основными требованиями техники безопасности при выполнении сварочных работ; 
–  видами сварки технологией и оборудованием; 
–  видами сварных швов и сварных соединений; 
–  основными методами контроля качества сварных соединений, обеспечивающих эксплуатационную надежность и долговечность строительных конструкций; 
–  расчетом сварных соединений и узлов металлических строительных конструкций; 
–  образованием и развитием сварочных напряжений и деформаций в строительных металлических конструкциях и влиянием 
их на работоспособность и точность конструкций, а также мероприятиями по их уменьшению; 

–  свариваемостью строительных сталей и причинами образования холодных и горячих трещин в сварных соединениях; 
–  технологическим процессом изготовления сварных строительных металлических конструкций. 
Основные задачи изучения раздела: 
–  формирование и развитие инженерного мышления в области сварки как основного технологического процесса при изготовлении и монтаже строительных металлических конструкций; 
–  знание основных современных видов и способов сварки металлических строительных конструкций; 
–  овладение принципами правильного выбора вида и режима 
сварки, сварочных материалов, сварочного оборудования, сборочно-сварочной оснастки; 
–  овладение принципами правильного выбора методов контроля качества сварных соединений, обеспечивающих эксплуатационную надежность и долговечность строительных металлических конструкций; 
–  знание основ теории образования сварочных напряжений и 
деформаций и овладение принципами правильного выбора мероприятий по их уменьшению; 
–  знание расчета сварных соединений металлических конструкций; 
–  овладение принципами проектирования технологии сборкисварки строительных конструкций; 
–  знание основных требований техники безопасности при 
проведении сварочных работ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ 
 
Сварка является ведущим технологическим процессом при изготовлении и монтаже строительных конструкций. 
Сварка-это технологический процесс получения неразъѐмных 
соединений металлических элементов конструкций при нагревании или пластическом деформировании. Соединения при сварке 
осуществляют за счет установления межатомных связей между 
свариваемыми частицами металла. 
Сварка является высокопроизводительным технологическим 
процессом, благодаря своей простате находит широкое применение в строительстве. Сварка является экономически выгодным 
процессом. например, при замене клепаных или болтовых конструкций на сварные соединения экономия металлов составляет 
20-25%, а при замене литых деталей сварными – около 50%. 
 
1.1. Исторический очерк развития 
сварочного производства 
 
Возникновение первых простейших методов сварки относится 
к началу освоения человеком металлов. Первоначально металл 
ковали каменными орудиями, и путем проковки кусочков металла удавалось соединить их в более крупные куски. Так возникла 
кузнечная сварка. Для обеспечения соединения подогревали металл, зачищали соединяемые поверхности и наносили на них 
флюсующие вещества. 
В дальнейшем появилась литейная сварка, при которой соединяемые детали помещали в форму, а место соединения заливали 
жидким металлом. Позднее стали добывать легкоплавкие металлы, при использовании которых появился более удобный и производительный метод пайки. Кузнечная сварка и пайка были ведущими процессами вплоть до второй половины XIX в. 
Большое значение  для развития сварочной техники имело 
изобретение новых источников нагрева. Они обеспечивали концентрированный нагрев зоны сварки, что позволило модернизировать существующие способы. Литейная сварка была заменена 
сваркой плавлением, при которой шов формируется из сварочной 
ванны, образуемой при мгновенном местном расплавлении металла. 

Мысль о возможности применения ―электрических искр‖ для 
плавления металлов впервые высказал в 1753 г. академик Российской Академии наук Г.Р.Рихман, выполнивший ряд исследований 
атмосферного электричества. На практике эта мысль была проверена итальянским ученым А.Вольта с помощью гальванического 
элемента (вольтова столба). В 1802 г. профессор Санкт Петербургской военно-хирургической академии В.В.Петров, используя 
мощный гальванический элемент, открыл явление электрической 
дуги. Он также указал возможные области ее применения. Независимо от В.В.Петрова, но несколько позже (1809 г.), электрическую дугу получил английский физик Г.Деви. 
Для практического осуществления  электрической сварки потребовались многие годы совместных усилий ученых и техников, 
направленные на создание электрических генераторов. 
Первые электромагнитные генераторы созданы лишь в 70-х 
годах XIX века. До этого были отдельные попытки осуществления электрической сварки металлов с помощью гальванических 
элементов. Так в 1849 г. американец К. Стет получил английский 
патент на соединение металлов с помощью электричества. Однако этот патент не был реализован на практике. 
И только спустя 80 лет русские инженеры Н.Н. Бенардос и 
Н.Г.Славянов, используя явление электрической дуги, разработали промышленные способы электрической сварки металлов. 
В 1881 г. русский изобретатель Н.Н. Бенардос предложил способ прочного соединения металлов непосредственным действием 
электрического тока и на практике осуществил сварку и резку 
металлов электрической дугой с помощью угольного электрода 
(рис.1.1). Ему также принадлежит много других важных изобретений в области сварки (спирально-шовные трубы, порошковая 
проволока и др.).  
Сущность способа сварки, предложенной Н.Н. Бенардосом, 
заключалась в следующем: 
– к свариваемому металлу он присоединил один полюс динамо-машины, а к угольному электроду другой; 
–между электродом и свариваемым металлом возникала электрическая дуга; 
– в электрическую дугу он вводил металлический присадочный пруток; 

– присадочный пруток, расплавлялся и заполнял зазор, образовывая сварной шов. 
Однако сварной шов не был защищен от кислорода воздуха и 
получался низкого качества. 
 

 
 
Рис.1.1. Дуговая сварка угольным электродом (способ Н.Н.Бенардоса): 
1− свариваемый металл;  2− электрический провод;  
3− угольный электрод; 4− присадочный пруток; 5− электрическая дуга 
 
В дальнейшем Н.Н. Бенардосом было разработано много других важных изобретений в области сварки (контактная сварка с 
помощью клещей, сварка в среде защитного газа и др.), но они не 
нашли должного применения. 
Электрическая дуговая сварка получила дальнейшее развитие 
в работах Н.Г.Славянова В 1888 г. Н.Г. Славянов изобрел электродуговую сварку плавящимся металлическим электродом. В 
отличие от способа, предложенного Н.Н. Бенардосом, он заменил 
угольный электрод плавящимся металлическим (рис.1.2). 
Сущность способа, изобретенного Н.Г. Славяновым, заключалась в следующем: 
– к свариваемому металлу он присоединил один полюс динамо-машины, а к металлическому электроду другой; 
–электрическая дуга, возникала между металлическим электродом и свариваемым металлом;  
–металлический электрод, расплавляясь в электрической дуге, 
заполнял зазор и образовывал сварной шов.  

Рис.1.2. Дуговая сварка металлическим электродом 
(способ Н.Г.Славянова): 
1− свариваемый металл;  2− электрический провод;  
3− металлический электрод; 4− электрическая дуга 
 
Также как и в способе сварки, предложенном Н.Н.Бенардосом, 
сварной шов не был защищен от кислорода воздуха и получался 
низкого качества. Однако, Н.Г. Славянов пытался защитить металл шва дробленым стеклом и тем самым указал на возможность 
сварки под флюсом. 
Н.Г. Славянов разработал металлургические и технологические основы электродуговой сварки плавящимся электродом, 
применил способы наплавки и горячей сварки чугуна, организовал первый в мире электросварочный цех. 
Н.Н.Бенардос и Н.Г.Славянов положили начало автоматизации сварочных процессов, создав первые устройства для механизированной подачи электрода в дугу. 
Однако, в предложенных Н.Н.Бенардосом и Н.Г.Славяновым 
методах сварки, металл шва формируется и остывает на открытом воздухе, вступая в реакцию с кислородом и азотом. При этом 
металл шва имел низкое качество, имел многочисленные дефекты 
– поры, шлаковые включения и др. 
Дальнейшее развитие электрической дуговой сварки несколько замедлилось в связи с появлением газовой сварки кислородноацетиленовым пламенем. Вначале XX в. этот способ обеспечивал 
более высокое качество сварочных швов, чем дуговая сварка голым электродом. 

В конце XIX века в связи с началом промышленного производства кислорода и ацетилена был разработан способ газовой 
сварки кислородно-ацетиленовым пламенем (рис.1.3). В качестве 
источников нагрева использовалось тепло пламени смеси газов, 
сжигаемых с помощью горелки. Пламя горелки расплавляет 
кромки свариваемого металла и присадочный металлический 
пруток, которые образуют сварочную ванну. Этот способ обеспечивал более высокое качество сварочных швов, чем дуговая 
сварка голым электродом и поэтому в этот период газовая сварка 
являлась основным способом сварки. 

 
Рис.1.3.  Газовая сварка кислородно-ацетиленовым пламенем:  
1− свариваемый металл;  2 − пламя; 
3 − сварочная горелка;  4− присадочный металлический пруток 
 
Кроме ацетилена использовалось также сжигание этилена, метана и других горючих газов в струе кислорода. 
Сущность способа газовой сварки кислородно-ацетиленовым 
пламенем, заключался в следующем (рис.1.3): 
– место соединения кромок свариваемого металла и присадочный металл нагреваются теплом сварочной горелки, образовавшемся при сжигании ацетилена в смеси и кислородом; 
– в месте нагрева соединения кромок свариваемого металла 
образуется сварочная ванна; 
– в сварочную ванну добавляется расплавленный металл присадочного прутка для образования металла шва. 
Газовую сварку широко применяют в настоящее время во 
многих отраслях промышленности при сварке цветных металлов, 
при сварке изделий из тонколистовой стали и др. 
Газовую сварку классифицируют по виду применяемого газа: 
– ацетилено-кислородная; 

– керосино-кислородная; 
– бензино-кислородная 
– пропанобутаново-кислородная; 
– водородо-кислородная и др. 
Положение изменилось, когда в 1907 г. шведский инженер 
О.Квальберг применил металлические  электроды с нанесенным 
на их поверхность покрытием. Это покрытие предохраняло металл шва от вредного воздействия воздуха (окисление и озонирование) и стабилизировало горение дуги. Применение покрытых 
электродов обеспечило резкое повышение качества сварных соединений. Ручная электродуговая сварка плавящимся электродом 
начала широко применятся на заводах США, Англии и других 
стран. 
К началу XX века в огромных масштабах возросло производство металла, в особенности стали, увеличилось и количество 
способов сварки. Особенно широкое применение имела электрическая дуговая сварка. В конце первой четверти XX века ручная 
дуговая сварка плавящимся электродом стала основным способом сварки в нашей стране и во всем мире. 
Дуговая сварка в нашей стране начала развиваться на базе 
простейшей аппаратуры, созданной собственными полукустарными средствами, и небольшого количества импортных машин. 
Но уже в 1932 г. в Ленинграде вступил в строй завод электросварочного оборудования ―Электрик‖. Это был самый мощный в Европе завод, выпускавший в год несколько тысяч комплектов 
сложной аппаратуры для дуговой и контактной электросварки, 
никогда ранее не изготовлявшейся в нашей стране. 
Дуговая сварка была разработана для постоянного тока. Так 
как силовые сети дают переменный ток частотой 50 Гц, то для 
питания дуги создавали преобразователи переменного тока в постоянный сварочный ток. Для решения этой задачи использовали 
специальный сварочный генератор постоянного тока, вал которого соединялся с валом стандартного приводного мотора трехфазного переменного тока. 
Многочисленные исследования, проводимые в СССР, доказали возможность качественного выполнения обычным переменным током промышленной  частоты, применяя дешевый, малога