Технология изготовления сварных конструкций

ТЕХНОЛОГИЯ 

ИЗГОТОВЛЕНИЯ 

СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В.В. Овчинников

Рекомендовано 

федеральным государственным учреждением 

«Федеральный институт развития образования» 

в качестве учебника для использования в учебном процессе 

образовательных учреждений, реализующих программы 

среднего профессионального образования

УЧЕБНИК

Москва 

ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М

2020

УДК 621.791(075.32)
ББК 30.61я723
 
О35

Овчинников В.В.

О35  
Технология изготовления сварных конструкций : учебник / 

В.В. Овчинников. — М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2020. — 208 с. — 
(Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-8199-0883-9 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-015137-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102830-8 (ИНФРА-М, online)

Рассмотрены общие вопросы разработки технологий изготовления 

сварных конструкций. Даны основные виды технологических операций, примеры сборочно-сварочных приспособлений и технологической 
оснастки, порядок выбора режимов сварки для разных способов сварки 
плавлением. Описаны особенности производства типовых сварных конструкций: балочных, рамных и решетчатых конструкций; негабаритных 
емкостей и сооружений; сосудов, работающих под давлением; сварных 
труб, трубопроводов, корпусных конструкций и сварных деталей машин.

Для обучающихся в учреждениях среднего профессионального образо
вания.

УДК 621.791(075.32)

ББК 30.61я723

Р е ц е н з е н т ы:

Феклистов С.И. — доктор технических наук, старший научный со
трудник ОАО «НПО «ЦНИИТМАШ»;

Савельев В.Ф. — доктор технических наук, профессор Московского 

государственного индустриального университета 

ISBN 978-5-8199-0883-9 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-015137-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102830-8 (ИНФРА-М, online)

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

E-mail: books@infra-m.ru        http://www.infra-m.ru

Подписано в печать 09.07.2019. 

Формат 6090/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. 

Печать цифровая. Усл. печ. л. 13,0.

ППТ100. Заказ № 00000

ТК 347700-1044998-020315

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

© Овчинников В.В., 2015
© ИД «ФОРУМ», 2015

ПРЕДИСЛОВИЕ

Изготовление конструкций различного назначения с помощью 
сварки получает все большее распространение во всех промышленно развитых странах. Экономичность изготовления сварных 
конструкций является основополагающим фактором, обеспечивающим их приоритетное применение по сравнению с литыми, коваными и штампованными конструкциями.
Машиностроение является отраслью с высокоразвитым сварочным производством. Технологический процесс изготовления 
сварных конструкций включает в себя последовательное выполнение заготовительных, сборочных, сварочных, контрольных, отделочных и других операций. Преобладающими способами сварки 
являются электродуговая, контактная и электрошлаковая.
В условиях широкого применения компьютерных средств проектирования и моделирования технологических процессов роль 
конструктора и технолога существенно возрастает. Вопросы проектирования и изготовления должны решаться во взаимной связи. 
При разработке технологических процессов изготовления сварных 
конструкций следует стремиться к максимальной замене ручного 
труда путем комплексной механизации и автоматизации как 
отдель ных операций, так и процесса в целом.
Технология выполнения сборочно-сварочных операций включает в себя десятки самостоятельных операций: установку и базирование заготовок, сборку, сварку, кантовку, транспортировку, зачистку швов и зоны сварки, правку, контроль, маркировку, окраску.
Разработка технологии предусматривает выбор схем базирования, последовательности сборки, технологической оснастки, элементов приспособлений, вспомогательного инструмента и материалов. При этом решают отдельные задачи:
выбор сварочного оборудования;
• 
назначение параметров сварочных материалов (марка и диа• 
метр сварочной проволоки, марки защитных газов, флюсов и т.п.);
назначение параметров режимов сварки (сила тока, напряже• 
ние, скорость сварки и т.д.);
назначение методов контроля в процессе и после окончания 
• 
сварки.
Исходными данными при проектировании сварочного технологического процесса являются чертежи сварной конструкции, 
технические условия на ее изготовление и планируемая программа 
выпуска. Чертежи и технические условия содержат данные о при

Предисловие

меняемых материалах, конфигурации заготовок, размерах, типах 
сварных соединений. В чертежах и технических условиях определены также критерии для оценки качества получаемых сварных соединений. Характер требований к качеству сварной конструкции 
зависит от особенностей условий ее эксплуатации и возможных 
последствий выхода из строя.
С учетом программы выпуска производят оценку технико-экономической эффективности спроектированного сварочного технологического процесса.
Разработка технологии имеет целью обеспечить оптимальные 
условия выполнения каждой отдельной операции и всего процесса 
в целом. Для разных сварных конструкций представления об оптимальности технологического процесса могут сильно отличаться, 
поэтому вопросы рационального проектирования технологии изготовления сварных конструкций рассматриваются на примерах 
их изготовления (главным образом на примере сваркой плавлением). Особую важность при этом приобретают вопросы аттестации 
сварочного производства.

Г л а в а  1

ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ МАШИН И СПОСОБЫ 
ИХ СОЕДИНЕНИЯ

1.1. Типовые детали и сборочные единицы

Самой простой составной частью машины является деталь. 
Комплексы деталей, работающих совместно, выполняя конкретную функцию в машине, называются узлами машины. Например, 
токарный станок имеет следующие узлы: переднюю бабку, заднюю 
бабку, коробку подач, суппорт и др.
Детали машин делятся на типовые и специальные. К первым 
принадлежат детали, часто применяемые в самых разнообразных 
машинах. Типовыми деталями являются болты, винты, заклепки, 
валы, шестерни, подшипники, рукоятки и др. Их очень много. Типовые детали машин делятся на три основные группы: детали для 
соединения частей машин; детали, обслуживающие вращательное 
движение в машинах, и детали, применяемые в механизмах передачи движения.
К соединительным деталям относятся болты, винты, гайки, 
шпильки, штифты, заклепки, шайбы, шурупы.
К деталям, обслуживающим вращательное движение, принадлежат валы, оси, подшипники, муфты, шкивы, шестерни. Валы — 
это детали, предназначенные для передачи крутящего момента 
вдоль оси вращения и для поддерживания вращающихся деталей, 
например зубчатых колес и шкивов.
Осями называют детали, только поддерживающие вращающиеся детали и не передающие крутящий момент. По условиям работы оси могут быть неподвижными и вращающимися. Опорные 
части валов и осей называются цапфами. Цапфы опираются на 
подшипники или подпятники.
Подшипниками называют опоры, на которые действуют поперечные силы, а подпятниками — опоры, нагруженные осевыми 
силами. В зависимости от характера трения рабочих элементов 
опоры (подшипники и подпятники) делятся на подшипники 
скольжения и подшипники качения.
Подшипник скольжения состоит из корпуса, крышки, присоединяющейся к корпусу при помощи резьбового крепления, и 
вкладыша. Вкладыши подшипников изготовляют, как правило, 

Глава 1.  ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ СОЕДИНЕНИЯ

из материалов, имеющих низкий коэффициент скольжения, в частности из оловянистых бронз, баббитов и других антифрикционных материалов. В подшипники скольжения для смазки подается 
масло. Продолжительность работы подшипника в значительной 
степени зависит от качества смазки и надежности подачи ее к трущимся поверхностям.
Подшипниками качения называют опоры деталей, в которых 
трение скольжения заменено трением качения. Основные преимущества подшипников качения перед подшипниками скольжения — это уменьшение затрат энергии на вредные сопротивления, 
снижение расхода смазки, уменьшение затрат, связанных с обслуживанием машин и механизмов. Подшипники качения имеют значительно больший срок работы.
Подшипник качения состоит из внешнего и внутреннего колец, изготовленных из специальной подшипниковой стали и закаленных. В них выточены дорожки качения, по которым перекатываются тела качения — шарики или ролики. В зависимости от формы тел качения подшипники делятся на шариковые и роликовые. 
Шариковые подшипники могут быть радиальными и упорными. 
Роликовые подшипники, в зависимости от формы роликов, в свою 
очередь, делятся на подшипники с цилиндрическими, игольчатыми (тонкими и длинными цилиндрическими) и коническими роликами.
Деление подшипников качения на радиальные и упорные 
обусловлено направлением действия на них сил при работе. На радиальные подшипники силы действуют перпендикулярно к оси 
вала, а в упорных подшипниках направление действия сил совпадает с осью вала. В конических роликовых подшипниках силы, 
разлагаясь, действуют в радиальном и осевом направлениях. Такие 
подшипники называют радиально-упорными.
Подшипники качения с размерами по внешнему диаметру от 
3 до 2000 мм и массой от 0,5 г до 3,5 т изготовляют на подшипниковых заводах. Всего освоено свыше 1000 типоразмеров подшипников, они стандартизированы, имеют соответствующую нумерацию. 
Проектируя различные машины, подшипники подбирают по справочникам и каталогам в соответствии с условиями работы.
Для передачи крутящего момента между двумя валами, которые продолжают друг друга, или между валом и вращающимися 
деталями, насаженными на вал, например шестернями, применяют муфты. Приводные муфты могут быть втулочными, втулочнопальцевыми, кулачковыми, шарнирными, фрикционными и др.

 
1.1. Типовые детали и сборочные единицы 
7

Муфты делятся на неуправляемые, то есть постоянно соединяющие валы, причем ведомый элемент в этом случае можно отключить только после разборки муфты, и управляемые, позволяющие 
включать и выключать ведомый элемент при остановке движущихся частей или даже во время вращения движущихся частей — 
на ходу.
В современных машинах наиболее распространенными управляемыми муфтами являются фрикционные, в которых крутящий 
момент передается от ведущего к ведомому элементу за счет трения между поверхностями муфты сцепления. Фрикционная муфта 
самой простой конструкции состоит из двух дисков, из которых 
первый — ведущий и жестко закреплен на одном валу, а второй — 
ведомый, может скользить на шпонке по другому валу. Чтобы соединить два вала, нужно прижать ведомый диск к ведущему, благодаря чему под действием сил трения, возникающих между дисками, вращательное движение будет передаваться от ведущего вала 
ведомому валу, а вместе с тем и валу, с которым он соединен. Такая 
муфта называется однодисковой. Она проста по конструкции, но 
очень несовершенна, поэтому в современных машинах применяют 
преимущественно многодисковые фрикционные муфты.
Сборочная единица — изделие, состоящее из нескольких частей, 
соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями (сварка, пайка, клепка, опрессовка, склеивание, сшивка, 
свинчивание).
К сборочным единицам, при необходимости, также относят:
а) изделия, для которых конструкцией предусмотрена разборка 
их на составные части предприятием-изготовителем, например, 
для удобства упаковки и транспортирования;
б) совокупность сборочных единиц и (или) деталей, имеющих 
общее функциональное назначение и совместно устанавливаемых на предприятии-изготовителе в другой сборочной единице, 
например: электрооборудование станка, автомобиля, самолета; 
комплект составных частей врезного замка (замок, запорная 
планка, ключи);
в) совокупность сборочных единиц и (или) деталей, имеющих 
общее функциональное назначение, совместно уложенных на 
предприятии-изготовителе в укладочные средства (футляр, коробку и т.п.), которые предусмотрено использовать вместе с уложенными в них изделиями, например: готовальня, комплект концевых 
плоскопараллельных мер длины.

Глава 1.  ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ СОЕДИНЕНИЯ

1.2. Разъемные соединения деталей

Применяемые в машиностроении виды соединений отдельных 
деталей в сборочные единицы принято делить на две основные 
группы: разъемные и неразъемные.
К группе разъемных относятся такие соединения, которые 
можно неоднократно разбирать и вновь собирать без разрушения 
или существенных повреждений соединительных элементов. Это 
резьбовые (болтовые, шпилечные и т.п.), шпоночные, шлицевые и 
другие соединения. В машиностроении наибольшее применение 
находят резьбовые соединения.
Резьбовые соединения — это соединения деталей с помощью 
резьбы, обеспечивающие их относительную неподвижность. Для 
образования резьбовых соединений применяются болты, винты, 
шпильки и другие крепежные детали.
Болт представляет собой цилиндрический стержень с головкой 
на одном конце и винтовой резьбой на другом. Обычно болты применяют для скрепления (соединения) деталей небольшой толщины (например, фланцев) при необходимости их частого соединения и разъединения.
Головка болта может иметь разную форму: шестигранную, 
квадратную, прямоугольную, полукруглую, коническую с квадратным подголовком и др. Выбор формы головки болта зависит от 
технологических особенностей данного соединения. Наибольшее 
применение получили болты с шестигранной головкой.
При скреплении деталей на резьбу болта навертывается гайка. 
Форма гайки также может быть различной. В болтовых соединениях чаще всего используются шестигранные гайки, реже — квадратные. В машиностроении широко применяются гайки специальной 
формы: круглые, гайки-барашки (с двумя ушками) и др. Выбор 
типа гайки зависит от условий работы болтового соединения. Например, при небольших стяжных усилиях и частом завинчивании 
и отвинчивании применяют гайки-барашки для удобства завертывания их вручную без ключа.
При сборке резьбовых соединений под гайки или головки болтов обычно подкладывают шайбы (плоские кольца). Их ставят 
в том случае, если нужно увеличить опорную поверхность под гайкой (головкой болта) и предохранить поверхность детали от повреждения гранями гайки.
Чтобы предотвратить произвольное развинчивание болтового соединения, применяют пружинные шайбы. Как средство 

 
1.2. Разъемные соединения деталей 
9

против самоотвинчивания гаек используют также контргайки и 
шплинты.
Контргайка — это вторая гайка, навернутая выше первой и 
плотно к ней прилегающая. Шплинт является более надежным 
средством против самоотвинчивания. Он представляет собой сложенный вдвое кусок мягкой стальной проволоки полукруглого сечения. Употребляется шплинт обычно в паре с корончатой или 
прорезной гайкой. Узкой частью шплинт вставляют в прорезь гайки, затем в сквозное отверстие болта или шпильки. После выхода 
концов наружу их разводят в разные стороны. Таким образом, 
шплинт удерживает гайку и сам не может выпасть из отверстия, 
так как с одной стороны этому препятствует утолщенная головка, а 
с другой — разведенные концы.
Что касается винтов, то их применяют в тех случаях, когда невозможно или экономически невыгодно применять соединение 
болтом. Отметим при этом, что винтовое соединение менее надежно, выдерживает меньшие нагрузки, нежели болтовое. Для такого 
соединения в одной из деталей просверливают сквозное отверстие, 
в другой же в углублении для стержня винта нарезается внутренняя 
резьба. Через деталь со сквозным отверстием вставляют стержень 
винта и вкручивают его во вторую деталь.
Головки винтов тоже могут быть различной формы: шестигранные и четырехгранные под гаечный ключ, потайные, полупотайные, полусферические со шлицей (прорезью) под отвертку, 
шестигранные и четырехгранные со шлицей для двойного применения, полукруглые, без головки со шлицей и под ключ, с головкой под ключ. Для облегчения подъема изделий применяются 
рым-болты, головка которых выполнена в виде большого кольца 
для захвата грузоподъемными машинами. Для закрепления на валах различных деталей применяют установочные винты с плоскими, коническими или цилиндрическими концами без головок, 
имеющие шлицы под отвертку обыкновенную либо с крестообразным шлицем под специальную отвертку.
Шпилькой называют цилиндрический стержень с резьбой на 
обоих концах. При соединении с помощью шпильки можно получать как болтовое соединение (реже), так и соединение винтом. 
Если в обеих деталях имеются сквозные отверстия, то в совмещенные отверстия вставляется шпилька, а на выступающие концы 
стержня с двух сторон навинчиваются гайки. Если же в одной из 
деталей есть резьбовое углубление, то в него до отказа завинчивается один конец шпильки, а на стержень надевается вторая деталь. 

Глава 1.  ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ МАШИН И СПОСОБЫ ИХ СОЕДИНЕНИЯ

Затем на свободный конец шпильки навинчивается гайка. Для разборки соединения достаточно лишь отвинтить гайку и удалить деталь, а шпильку можно не выворачивать вовсе.
Соединения с помощью шпилек, кстати, более надежны, нежели соединения винтом, а в некоторых случаях даже надежнее, 
чем болтом.
Резьбой называется поверхность, образованная при винтовом 
движении плоского контура по цилиндрической или конической 
поверхности. При этом образуется винтовой выступ соответствующего профиля, ограниченный винтовыми и цилиндрическими или 
коническими поверхностями (рис. 1.1, а).
Резьбы классифицируются по форме поверхности, на которой она нарезана (цилиндрические, конические), по расположению резьбы на поверхности стержня или отверстия (наружные, 
внутренние), по форме профиля (треугольная, прямоугольная, 
трапецеидальная, круглая), назначению (крепежные, крепежноуплотнительные, ходовые, специальные), направлению винтовой 
поверх ности (левые и правые) и по числу заходов (однозаходные 
и многозаходные) (рис. 1.1, б).
Все резьбы делятся на две группы: стандартные и нестандартные; у стандартных резьб все их параметры определяются стандартами. Основные параметры резьбы определены ГОСТ 11708—82. 
Резьбу характеризуют три диаметра (рис. 1.2): наружный d(D), 
внутренний d1(D1) и средний d2(D2).
Диаметры наружной резьбы обозначают d, d1, d2, а внутренней 
резьбы в отверстии — D, D1 и D2.
Наружный диаметр резьбы d(D) — диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин наружной или впадин внутренней резьбы. Этот диаметр для большинства резьб является определяющим и входит в условное обозначение резьбы.

б)
a)

t = 2P
P

Рис. 1.1. Одно- (а) и двухзаходная (б) резьба