Ресурсосберегающие технологии в сварочном производстве

С. К. Павлюк 
А. В. Лупачев 
В. Г. Лупачев

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ
В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для учащихся учреждений образования, 
реализующих образовательные программы среднего специального
образования по специальности «Оборудование  
и технология сварочного производства»

Минск
РИПО
2019

УДК 621.791:621.3(075.32)
ББК 30.61я723
       П12

А в т о ры: 
доктор технических наук, профессор С. К. Павлюк;
кандидат технических наук А. В. Лупачев;
кандидат технических наук, доцент В. Г. Лупачев.

Р е ц е н з е н т ы:
цикловая комиссия сварочного производства ГУО «Бобруйский  
государственный механико-технологический колледж» (Г. А. Масюк); 
профессор кафедры «Порошковая металлургия, сварка  
и технология материалов» Белорусского национального технического 
университета, доктор технических наук, профессор С. М. Ушеренко.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой 
ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь.

П12
Павлюк, С. К.
Ресурсосберегающие технологии в сварочном производстве : 
учеб. пособие / С. К. Павлюк, А. В. Лупачев, В. Г. Лупачев. – 
Минск : РИПО, 2019. – 272 с., [12] л. ил. : ил.
ISBN 978-985-503-931-1.

В учебном пособии рассмотрены современные ресурсосберегающие 
технологические процессы, используемые на всех этапах производства 
сварных конструкций, обобщен передовой производственный опыт. Особое внимание уделено резервам повышения эффективности сварочного 
производства с позиции экономии энергетических, материальных и трудовых ресурсов с учетом обеспечения экологичности сварочных процессов. Описаны основные виды сварных конструкций и изделий, способы 
увеличения их работоспособности и надежности. 
Предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих образовательные программы среднего специального образования по 
специальности «Оборудование и технология сварочного производства». 
Может быть полезно преподавателям для организации образовательного 
процесса, а также практическим работникам отрасли.

УДК 621.791:621.3(075.32)
 
 ББК 30.61я723

ISBN 978-985-503-931-1          © Павлюк С.  К., Лупачев А.  В., Лупачев В.  Г., 2019
© Оформление. Республиканский институт
     профессионального образования, 2019

ВВЕДЕНИЕ

Экономия ресурсов – это внедрение в производство ресурсосберегающих видов техники и технологий, позволяющих улучшить качество продукции и повысить производительность труда, 
обеспечить эффективность использования ресурсов и снизить 
материалоемкость машин и оборудования.
Энергоэффективность признана важнейшей целью промышленного прогресса. Для достижения энергоэффективности при 
сварке мало контролировать электрические показатели того или 
иного метода – необходим комплексный анализ всего процесса. 
Речь идет, прежде всего, о смежных технологических операциях. Энергоэффективность предполагает применение таких методов сварки, при которых почти исключено возникновение брызг, 
обеспечиваются высокая скорость сварки и качественное перекрытие зазоров, а также контролируется подача тепла.
Сварочное производство охватывает широкий круг технологических процессов: заготовка, сборка, сварка, контроль качества, транспортировка деталей, узлов и изделий, а также различные послесварочные операции. На всех этапах изготовления 
сварных конструкций имеются резервы, которые позволяют повысить эффективность производства. 
Вопросы, связанные с минимизацией затрат при изготовлении 
изделий, играют ключевую роль при организации производственного процесса. Наиболее важными среди них являются снижение 
трудовых, материальных и энергетических затрат, сокращение сроков выпуска готовых изделий, улучшение условий труда. В области сварочного производства резервы поиска решения этих задач 
кроются в оптимальном проектировании металлоконструкций, 
разработке передовых сварочных технологий, применении хорошо 
свариваемых материалов, рациональной организации производства.

Введение

Сварка, по сравнению с другими способами соединения, 
наиболее широко применяется в различных отраслях промышленности и строительства. Основы сварки были заложены открытиями и изобретениями русских ученых и инженеров.
В 1802 г. профессором физики Санкт-Петербургской медикохирургической академии В.В. Петровым (1761–1834) было открыто явление электрической дуги. Ученый указал на возможность 
практического применения электрической дуги как для электроосвещения, так и для плавления металлов. Но только через 
80 лет, в 1882 г., русский изобретатель Н.Н. Бенардос (1842–1905) 
использовал электрическую дугу для соединения двух частей металла в одно целое. В качестве электрода Н.Н. Бенардос применил угольный стержень. Через 6 лет, в 1888 г., русский инженер 
и изобретатель Н.Г. Славянов (1854–1897) применил электрическую дугу для сварки металлическим плавящимся электродом.
Для питания электрической дуги как неотъемлемой части 
сварочного процесса потребовались разработка и создание специального электрооборудования.
В начальный период развития электродуговой сварки применялись генераторы и батареи гальванических элементов, у которых напряжение практически не изменялось с изменением 
нагрузки (сварочного тока), т. е. они имели жесткую внешнюю 
вольт-амперную характеристику. Для устойчивого горения дуги 
требовалось последовательно с батареей включать балластные реостаты. Такие схемы питания были практически невыгодны, так 
как в балластных реостатах терялось большое количество энергии, поэтому ученые начали разрабатывать специализированные 
генераторы для электродуговой сварки, которые имели падающие 
вольт-амперные характеристики.
В 1924 г. на ленинградском заводе «Электрик» под руководством ученого и инженера В.П. Никитина (1893–1956) был 
построен первый сварочный генератор СМ-1. Это стало началом создания в СССР специальной отрасли электропромышленности – электросварочного машиностроения. Одновременно завод «Электрик» начал выпускать специальные сварочные 
трансформаторы типа СТ-2 с нор мальным магнитным рассеянием, которые питали дугу через последовательно включенную 
реактивную катушку – дроссель. В том же 1924 г. В.П. Никитин 
предложил принципиально новую схему сварочного трансфор

Введение

матора типа СТН. С 1927 г. завод «Электрик» начал выпуск этих 
трансформаторов.
Широкое применение сварки в годы первых пятилеток 
потребо вало резко увеличить производство электросварочного 
оборудования. В этот период создаются новые типы сварочных 
генераторов, трансформаторов, в частности, трансформаторы для 
атомно-водородной сварки (1930-е гг.), трансформаторы большой 
мощности, многопостовые сварочные генераторы.
В первой половине 30-х гг. ХХ в. в Советском Союзе начинает применяться автоматическая сварка. Первые сварочные автоматы выполняли сварку голой электродной проволокой открытой 
дугой постоянного тока. Они были снабжены автоматическими 
регуляторами напряжения дуги. Для питания этих автоматов 
можно было применить существующие сварочные генераторы. 
В 1940 г. Институт электросварки АН УССР под руководством 
Е.О. Патона (1870–1953) приступил к освоению и внедрению автоматической сварки закрытой дугой под флюсом. Новый способ 
автоматической сварки потребовал создания мощного сварочного 
оборудования. Большие сдвиги в разработке и выпуске источников питания электрической дуги для автоматической сварки под 
флюсом произошли после Второй мировой войны. В 1947 г. под 
руководством Б.Е. Патона были разработаны мощные сварочные 
трансформаторы типа СТ-1000, СТ-2000 и трансформаторы типа 
СТР-1000 и СТР-1000-П с увеличенным магнитным рассеянием.
В 1942 г. В.И. Дятлов (1907–1969), один из основоположников сварочной науки, разрабатывает новый принцип построения 
сварочных автоматов с постоянной, независимой от напряжения 
дуги скоростью подачи электродной проволоки. Этот принцип 
основан на использовании явления саморегулирования длины 
сварочной дуги при больших плотностях тока.
Для питания сварочных автоматов и полуавтоматов с постоянной скоростью подачи электродной проволоки требовались источники с пологопадающими вольт-амперными характеристиками.
Развитие и внедрение сварки трехфазной дугой обусловило 
выпуск специальных трехфазных сварочных трансформаторов. 
Широкое применение дуговой сварки в среде защитных газов, 
особенно в среде углекислого газа, способствовало созданию нового вида источников питания – сварочных полупроводниковых 
выпрямителей.

Введение

Одновременно с созданием сварочных выпрямителей с жесткими вольт-амперными характеристиками для газоэлектрической 
сварки проектировались и создавались выпрямители с падающими характеристиками (ВСС-120, ВСС-300). Относительная простота изготовления и обслуживания, бесшумность в работе, малые потери энергии при холостом ходе, отсутствие вращающихся 
частей – все это привело к тому, что сварочные выпрямители 
стали применяться для автоматической и механизированной 
сварки порошковой проволокой и для ручной сварки (с балластными реостатами). Появились мощные многопостовые выпрямители типа ВКСМ-1000 и др.
Большим достижением сварочной техники явилась разработка в Институте электросварки НАН Украины имени Е.О. Патона 
(далее – ИЭС имени Е.О. Патона) нового высокопроизводительного способа автоматической электрошлаковой сварки с принудительным формированием шва, позволяющего сваривать сталь 
большой толщины. Для питания шлаковой ванны были созданы 
специальные однофазные и трехфазные сварочные трансформаторы (ТШС-1000-1, ТШС-3000-1, ТШС-1000-3, ТШС-3000-3 и др.).
Для работы в полевых и монтажных условиях, где отсутствуют 
силовые электрические сети переменного тока, были разработаны 
однопостовые сварочные агрегаты постоянного тока с приводом от 
двигателей внутреннего сгорания (ПАС, АСД, АСБ и др.).
Сегодня сварка – один из ведущих технологических процессов. До 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Сварке подвергаются 
практи чески любые металлы и неметаллы в любых условиях – на 
земле, в морских глубинах и в космосе. Толщина свариваемых деталей ко леблется от микрометров до метров, масса сварных конструкций – от долей грамма до сотен и тысяч тонн. Зачастую сварка является единственно возможным или наиболее эффективным 
способом со здания неразъемных соединений конструкционных 
материалов и получения заготовок, максимально приближенных к 
оптимальной форме готовой детали или конструкции.
Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных 
техно логий, к которым относят наплавку, пайку, резку, нанесение 
по крытий, склеивание различных материалов. Научно-техническое по нятие «сварка» охватывает такие смежные направления, 

как заготовка и сборка, диагностика и неразрушающий контроль, 
требования безопасности и экология процессов сварки.
В различных странах в сварочном производстве заняты не 
менее 5 млн человек, из них 70...…80 % выполняют электродуговые процессы. К началу XXI в. лидирующее положение на рынке 
сварочного обо рудования заняла аппаратура для дуговой сварки. 
Объемы ее произ водства и дальше будут возрастать в основном 
за счет аппаратуры для сварки порошковой и сплошной проволоками при сокращении доли оборудования для ручной дуговой 
сварки покрытыми электро дами.
Расширяются отрасли применения лазерных технологий, 
особенно мощных диодных сварочных лазеров с высоким коэффициентом полезного действия (КПД), а также электроннолучевой сварки, которой за один проход можно сваривать металлы толщиной до 200…...300 мм. Для развития тяжелого машиностроения большое значение имеет электрошлаковая сварка 
при изготовлении крупногабаритных толстостенных изделий. 
Успешно развивается контактная сварка (роликовая, точечная 
и рельефная).
Развитие электронной техники и приборостроения привело 
к созданию ультразвуковой, диффузионной, прессовой и других 
видов сварки.
Неотъемлемой частью сварочного производства является наплавка, для которой используют 8…...10 % электродов и сплошной 
сварочной проволоки и 30 % порошковой сварочной проволоки от общего объема сварочных материалов и практически все 
сплошные и порошковые ленты. Усовершенствуются технологии 
нанесения специального и защитного покрытия методами плазменно-дугового, электронно-лучевого, газотермического и динамического напыления. 
Актуальной остается проблема сварки новых материалов на 
основе железа, меди, никеля, алюминия, титана и др. В ИЭС 
имени Е.О. Патона нашли новое решение улучшения свариваемости перспективных сплавов алюминия и титана. Созданы новые 
технологии, которые дают возможность создать сварные соединения толщиной 0,5…...1000 мм. Для получения неразъемных соединений из разнородных материалов (сталь–титан, медь–алюминий, сталь–алюминий и др.) перспективными являются такие 
процессы, как магнитно-импульсная сварка, сварка взрывом, 

Введение

Введение

диффузионная, пайка, склеивание. Особенное значение имеют 
технологии склеивания. Создано значительное количество клеевых композиций, которые дают возможность соединять одно- и 
разнородные материалы.
В производство внедрены новые технологии для сварки полимеров и композитов на их основе, сварки труб из термопластов, 
которые используются при сооружении газо- и водопроводов и 
других коммуникаций. Перспективными являются соединения 
этих материалов с помощью ультразвуковой сварки, сварки трением и токами высокой частоты.
Значительно расширились возможности подводной сварки и 
резки. Для этого применяют сварку плавящимся и неплавящимся электродами, лазерное излучение. Разрабатываются новые механизированные способы сварки и резки, а также оборудование, 
которое было бы пригодно для использования на километровой 
глубине для прокладки газо- и нефтепроводов по дну океанов.
Важной проблемой является применение сварочных технологий в космическом пространстве, где перспективным способом 
считается электронно-лучевая и лазерная сварка. ИЭС имени 
Е.О. Патона вместе с НПО «Энергия» проведены эксперименты по электронно-лучевой сварке, резке, пайке и нанесению покрытия в открытом космосе, в ходе которых были изучены особенности получения сварных соединений в условиях вакуума и 
микрогравитации, оценены возможности человека в скафандре 
выполнять функции сварщика.
Сварка и родственные технологии будут и в дальнейшем интенсивно развиваться, поскольку являются ключевыми для ведущих отраслей современной промышленности. Приоритетные 
направления развития сварочных производств – это увеличение 
объемов и расширение областей применения сварки и родственных технологий; повышение производительности технологических процессов при одновременном обеспечении высокого качества соединений; внедрение ресурсосберегающих технологий; 
использование в сварных конструкциях новых прогрессивных 
металлических, композитных и неметаллических материалов. 
Решение этих актуальных задач требует специальной подготовки 
рабочих и специалистов сварочного производства. 

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА РЕСУРСОВ, 
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СВАРОЧНОМ 
ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1. Сварные конструкции: классификация, 
предъявляемые требования

Сварная конструкция – металлическая конструкция, изготовленная сваркой отдельных деталей или узлов.
Сварное соединение – неразъемное соединение двух и более 
элементов, выполненное сваркой.
Сварной узел – часть конструкции, в которой сварены примыкающие друг к другу элементы.
Классификация сварных конструкций. Сварные конструкции 
подразделяются на три категории: строительные, машиностроительные и трубопроводы.
В строительных конструкциях выделяют шесть групп:
– каркасы промышленных зданий, состоящие из ферм, связей, балок и ограждающих конструкций (панели, оконные переплеты, ворота и др.);
– листовые конструкции (резервуары для хранения жидкостей, газгольдеры для хранения газов, перекрытия большепролетных зданий и сооружений, конструкции вентиляционных систем);
– мачты и опоры (радиомачты, мачты линии электропередачи, опорные конструкции);
– обслуживающие конструкции, обеспечивающие возможность выполнения персоналом своих функций при соблюдении 
правил безопасности (лестницы, площадки, ограждения); 

Глава 1. Характеристика ресурсов, используемых в сварочном производстве

– сетки и каркасы арматуры для железобетона;
– прочие конструкции (кронштейны, подвески, опоры трубопроводов).
Машиностроительные конструкции условно подразделены на 
пять групп:
– емкостные конструкции (сосуды и аппараты, работающие 
под давлением; котлы; емкости различного назначения и вместимости) и оборудование специального назначения (печи, конвертеры, миксеры);
– рамные конструкции (рамы под оборудование, каркасы, 
этажерочные конструкции, несущие оборудование и трубопроводы);
– нестандартное оборудование (бункеры, затворы, кожухи 
оборудования);
– детали машин и приборов, работающие преимущественно при переменных многоцикличных нагрузках (станины, валы, 
колеса);
– прочие конструкции.
Трубопроводы представляют собой устройства для транспортирования жидких, газообразных и сыпучих веществ при различных давлениях и температурах. Трубопроводы подразделяют:
– на магистральные, имеющие большую протяженность и 
постоянный диаметр (до 1420 мм и более); предназначены для 
транспортирования жидкостей и газов от места их добычи к месту переработки или потребления;
– промысловые, имеющие небольшой диаметр (100...…420 мм) 
и малую протяженность; применяются для сбора нефти и газа у 
скважин и доставки нефти к нефтесборным пунктам, а газа – к 
компрессорным станциям;
– технологические – трубопроводы промышленных предприятий; предназначены для транспортирования сырья, полуфабрикатов, материалов, необходимых для осуществления технологических процессов, готовой продукции и отходов производства;
– энергетические – обеспечивают работу тепловых и атомных электростанций и групповых котельных установок;
– санитарно-технические, состоящие из труб малого диаметра с многочисленными резьбовыми соединениями; предназначены для создания комфортных условий в жилых домах, 
учреждениях и на промышленных предприятиях (хозяйственно