Технологические основы сварки плавлением

В. А. Щекин 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  
СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ 
Учебное пособие 
Издание третье, переработанное 
Рекомендовано учебно-методическим объединением вузов  
по университетскому политехническому образованию  
в качестве учебного пособия для студентов  
высших учебных заведений, обучающихся по направлению  
15.03.02 «Технологические машины и оборудование»  
Москва 
Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 

УДК 621.791.7 (075.8)  
ББК 34.641 
 
Щ38 
 
 
 
Рецензент: 
доктор технических наук, профессор Ростовского государственного 
университета путей сообщения Н. Г. Дюргеров 
 
Научный редактор: 
академик Российской инженерной академии,  
доктор технических наук, профессор В. Ф. Лукьянов 
 
 
 
 
 
 
 
Щекин, В. А.  
Щ38  
Технологические основы сварки плавлением : учебное пособие / 
В. А. Щекин. – 3-е изд., перераб. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2021. – 244 с. : ил., табл.  
 
 
ISBN 978-5-9729-0661-1 
 
Рассмотрены терминология и классификация сварки плавлением, раскрыта 
сущность основных способов сварки. Дана техника ведения процесса, предложены основы расчета и выбора параметров режима. Приведены сведения о сварочных материалах, оборудовании и особенностях сварки различных металлов 
и сплавов, описаны возможные дефекты сварных соединений. Освещены перспективные направления развития сварки – гибридная сварка и использование 
цифровых технологий.  
Для студентов машиностроительных направлений подготовки и специалистов сварочного производства. 
 
 
 
УДК 621.791.7 (075.8)  
 
 
ББК 34.641 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0661-1 
” Щекин В. А., 2021 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ  
СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ 
1. Развитие сварки плавлением, терминология
и классификация сварки металлов 
1.1. Предмет и содержание дисциплины 
Дисциплина «Технологические основы сварки плавлением» является одной 
из базовых дисциплин, которые формируют инженера-сварщика. Дисциплина 
рассматривает следующие основные направления технологии сварки плавлением:  
x
технологические свойства дуги, способы ее возбуждения, плавление и
перенос электродного металла,
x
сварочные материалы, их классификацию, состав, марки, влияние на
качество сварки, обозначение по стандартам,
x
сущность и технологические характеристики основных процессов
сварки с методикой выбора (расчета) параметров режима, техникой ведения процесса и пути повышения производительности,
x
дефекты сварных швов, причины их появления и пути их устранения,
x
выбор сварочного оборудования для разных сварных изделий,
x
технологию сварки различных материалов с их характеристикой, классификацией, особенностями и способами сварки,
x
технологию наплавки слоев с различными свойствами,
x
новые технологии (гибридные и цифровые).
Эти знания, наряду с ранее изученным учебным материалом по теории 
сварочных процессов, материаловедению, источникам питания дуги, позволяют 
в полном объеме разрабатывать детальную технологию сварки любой сварной 
конструкции.  

Технологические основы сварки плавлением 
1.2. История развития сварки и современные тенденции развития  
сварочных технологий  
Электрическая дуговая сварка – выдающееся русское изобретение. В 1802 г. 
академик В. В. Петров, исследуя открытое им новое физическое явление – 
электрическую дугу, указал на возможность использования тепловой энергии 
дуги для расплавления металлов. Дуга В. В. Петрова получила практическое 
применение благодаря трудам русских инженеров-изобретателей Н. Н. Бенардоса и Н. Г. Славянова. 
Первым в мире электрическую дуговую сварку осуществил Н. Н. Бенардос 
в 1881 году в г. Барселона. Он является создателем практически всех основных 
видов дуговой сварки, получивших развитие в современном производстве. 
На изобретение «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока» Н. Н. Бенардосу были выданы патенты в 13 странах (в России, Франции, Бельгии, Великобритании, Италии, 
Германии, США, Швеции). Им разработана ручная дуговая сварки угольным  
и металлическим электродами, сварка наклонным электродом и косвенной дугой. Кроме того, предложен полуавтомат для механизированной сварки угольным электродом, источники питания дуги (аккумуляторы). Ему принадлежит 
идея сварки в среде защитных газов, сварки с использованием флюса и резки 
под водой. Кроме того, им были разработаны основные виды сварных соединений (стыковые, нахлесточные, угловые и тавровые, с разделкой кромок и без 
разделки), которые применяются в настоящее время. 
С именем Н. Г. Славянова связано развитие металлургических основ дуговой сварки, создание метода горячей сварки металлическим электродом. Ему 
также принадлежит заслуга создания автоматического регулятора длины и первого сварочного генератора. В 1890െ1891 гг. Н. Г. Славянов получил патенты  
на «Способ электрической отливки металлов» в России, Франции, Великобритании, Бельгии, Германии, Австро-Венгрии и им были сделаны заявки в США, 
Италии, Швеции. В 1903 г. на Всемирной выставке в Чикаго (США) за изобретенный способ сварки ему присуждена золотая медаль. Металлургические основы и сущность защиты сварочной ванны флюсом (битое стекло, ферросплавы), созданные Н. Г. Славяновым, содержат те идеи, которые получили 
развитие в современном способе автоматической сварки под флюсом. 
В 1907 г. шведский инженер О. Келльберг применил металлические электроды с нанесенным на их поверхность покрытием. 
К началу ХХ века дуговая сварка нашла применение в разных странах более чем на 100 заводах, из них на десяти – в России. 
В 30-е годы дуговая сварка из вспомогательного процесса постепенно превращается в ряде отраслей машиностроения в ведущий технологический процесс за счет использования покрытых электродов. 

Часть I. Общие вопросы сварки плавлением 
5 
В этот период усилия ученых были направлены на изучение свойств дуги, 
как основного источника нагрева и потребителя энергии при сварке (определение характеристик дуги, условий ее устойчивого горения, формы внешних характеристик источников питания). Выпуск специальных сварочных источников 
питания отечественного производства начался в 1924 г. на заводе «Электрик». 
Наряду с работами в области сварочного оборудования проводились исследования по усовершенствованию технологических процессов сварки.  
В Москве работы проводились под руководством К. К. Хренова, Г. А. Николаева, К. В. Любавского, в Санкт-Петербурге – В. П. Никитиным, Н. О. Окербломом. В Киеве в 1934 г. под руководством Е. О. Патона был организован Институт электросварки. 
К числу важнейших работ в области сварочного производства следует отнести исследования тепловых процессов сварки и металлургии сварочных процессов (в частности, разработка электродных покрытий и флюсов, исследование сварки различных конструкционных сталей). 
Первые работы в области механизации и автоматизации сварки были посвящены вопросам автоматической сварки открытой дугой и разработке конструкций автоматических установок. Впервые такая установка была разработана на заводе «Электрик» в 1933 г. 
Газ для защиты зоны сварки впервые использовал американский ученый  
А. Александер в 1928 году. В конце 40-х годов способ получил промышленное 
применение. 
В 1929 г. Д. А. Дульчевский (сотрудник ИЭС с 1934 г.) получил патент на 
«Способ сварки под слоем флюса». Развитие и применение автоматической 
сварки под флюсом потребовало изучения и усовершенствования способа, разработку флюсов и технологии сварки различных сталей. 
В 1932 году акад. К. К. Хреновым осуществлена сварка под водой. 
В 1949 г. была разработана, а затем внедрена электрошлаковая сварка, позволяющая сваривать металлы неограниченной толщины, в 1950െ1952 г. разработана сварка в углекислом газе (сотрудниками ЦНИИТМАШ К. В. Любавским 
и Н. М. Новожиловым). 
В 60-е г. разработаны новые способы сварки: импульсно-дуговая, электронным лучом, лазером (световым лучом), сжатой дугой (плазмой). В этот период начинает внедряться в производство в США, Японии, Швеции роботизированная дуговая сварка. 
Впервые в истории мировой техники в 1969 г. в России произведена сварка 
в космосе инж. Кубасовым В. Н. (Союз-6). 
В настоящее время сварочное производство располагает 150 способами и 
методами сварки, которые успешно применяются во всех отраслях народного 
хозяйства.  

Технологические основы сварки плавлением 
Современные тенденции развития сварочного производства базируются на 
разработке новых технологий, позволяющих повысить производительность 
процесса при высоком качестве изготовления сварных конструкций с одновременным снижением себестоимости, за счет уменьшения расхода материала изделия, сварочных материалов и электроэнергии.  
В настоящее время расширяется использование тонких сварочных проволок сплошного сечения и порошковых, позволяющих повысить глубину проплавления металла, коэффициент расплавления электрода и обеспечивающих 
сварку во всех пространственных положениях без принудительного формирования шва; защитных газовых смесей, изменяющих технологические свойства 
дуги при одновременном снижении стоимости защитной среды. Проводятся работы по созданию флюсов с высокими санитарно-гигиеническими свойствами 
и технологическими свойствами, при которых возрастает глубина проплавления без роста расплавления проволоки. 
Широко внедряется роботизированная сварка, сварка с использованием 
сварочного оборудования с микропроцессорами, позволяющими задавать режимы сварки по определенной программе в зависимости от материала, типоразмера (например, диаметра и толщины трубы) изделия и других факторов. 
Разработаны: технология с компьютерной сварочной системой, позволяющая 
задавать режим сварки отдельно по слоям и участкам шва, технология с изменением сварочного тока независимо от скорости подачи проволоки в зависимости от расположения капли относительно сварочной ванны (метод SТT – сварка 
в СО2 с короткими замыканиями дугового промежутка), гибридная сварка и 
цифровые технологии. 
1.3. Основные понятия, термины и определения по ГОСТ 2601 
В соответствии с ГОСТ 2601 для каждого понятия в области сварки металлов установлен стандартизованный термин. Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, 
учебниках, пособиях, технической и справочной литературе. В случае, когда 
существенные признаки понятия содержатся в буквальном значении термина, 
определение в стандарте не приводится. Перечень некоторых стандартизованных терминов и недопустимых к применению терминов-синонимов приведен 
ниже: 
x дуговая сварка в защитных газах (недопустимо – газоэлектрическая 
сварка), 
x сварка наклонным электродом (недопустимо – гравитационная сварка), 
x нахлесточное соединение (недопустимо – соединение в нахлестку), 
x зона термического влияния (недопустимо – переходная зона). 

Часть I. Общие вопросы сварки плавлением 
7 
1.4. Классификация сварки металлов по ГОСТ 19521 
В соответствии с ГОСТ 19521 сварка металлов классифицируется по физическим, техническим и технологическим признакам.  
Физические признаки характеризуются формой энергии, используемой для 
сварки и видом источника энергии, непосредственно используемого для образования сварного соединения. Форма энергии определяет класс, а вид источника энергии – вид сварки. 
Технические признаки характеризуются способом защиты металла в зоне 
сварки (например, сварка в защитных газах, под флюсом и т. д.), степенью механизации (ручная, полуавтоматическая, автоматическая) и непрерывностью 
процесса. 
Технологические признаки установлены для каждого вида сварки отдельно. 
Например, дуговая сварка классифицируется по виду электрода, по виду дуги, 
по характеру воздействия дуги на основной металл, по роду тока, по полярности и т. д. 
Таблица 1 
Классификация сварки металлов по ГОСТ 19521 
Группа 
признаков 
Наименование 
признаков 
Наименование ступеней 
классификации 
Форма энергии, используемая  
для образования сварного соединения 
Класс 
Физические 
Вид источника энергии, непосредственно 
используемого для образования  
сварного соединения 
Вид 
Технические 
Способ защиты металла в зоне сварки 
Непрерывность сварки 
Степень механизации сварки 
െ 
Технологические 
Установлены для каждого  
вида сварки отдельно 
െ 
Таблица 2 
Классификация сварки по физическим признакам 
Классы сварки 
Виды сварки 
Термический 
(виды сварки, осуществляемые плавлением  
с использованием тепловой энергии) 
Дуговая 
Электрошлаковая 
Электронно-лучевая 
Плазменно-лучевая 
Световым лучом 
Индукционная 
Газовая 
Термитная и др. 

Технологические основы сварки плавлением 
Окончание таблицы 2 
Классы сварки 
Виды сварки 
Термомеханический 
(виды сварки, осуществляемые  
с использованием тепловой энергии и давления) 
Контактная 
Диффузионная 
Индукционно-прессовая 
Газопрессовая 
Печная и др. 
Механический 
(виды сварки, осуществляемые  
с использованием механической энергии и давления) 
Трением 
Холодная 
Ультразвуковая 
Взрывом и др. 
 
1.5. Перечень и условные обозначения процессов  
по ГОСТ 29297 (ИСО 4063) 
Стандарт ГОСТ 29297 устанавливает перечень и условные обозначения 
процессов сварки, высокотемпературной и низкотемпературной пайки и пайкосварки. Каждый процесс имеет свое условное цифровое обозначение (индекс). 
Этот индекс используется в условных обозначениях сварных швов на чертежах 
и в другой технической документации. 
Определения основных процессов сварки содержатся в ГОСТ 2601, основных процессов пайки – в ГОСТ 17325. 
Индексы некоторых процессов сварки плавлением приведены в табл. 3.  
Таблица 3 
Индексы некоторых процессов сварки плавлением 
0 – Сварка плавлением 
111 – Дуговая сварка плавящимся  
покрытым электродом 
1 – Дуговая сварка 
3 – Газовая сварка 
121 – Дуговая сварка под флюсом  
проволочным электродом 
11 – Дуговая сварка плавящимся электродом 
без газовой защиты 
135 – Дуговая сварка в активном газе 
плавящимся электродом 
12 – Дуговая сварка под флюсом 
7 – Прочие процессы сварки 
15 – Плазменная сварка 
13 – Дуговая сварка в защитном газе  
плавящимся электродом 
72 – Электрошлаковая сварка 
14 – Дуговая сварка в защитном газе  
неплавящимся электродом 
76 – Электронно-лучевая сварка 
 

Часть I. Общие вопросы сварки плавлением 
9 
1.6. Обозначение способов сварки в стандартах  
(основные типы, конструктивные элементы и размеры) 
1. Ручная дуговая сварка соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой основе выполняется по ГОСТ 5264. Стандарт не устанавливает обозначения на этот способ сварки. Толщина свариваемого металла от 1 до 175 мм. 
2. Дуговая сварка в защитных газах сварных соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах выполняется по ГОСТ 
14771. 
В стандарте приняты следующие обозначения способов сварки: 
ИН – в инертных газах неплавящимся электродом без присадочного материала (толщина металла от 0,5 до 6,0 мм), 
ИНп – в инертных газах неплавящимся электродом с присадочным материалом (толщина металла от 0,8 до 20 мм), 
ИП – в инертных газах и их смесях с углекислым газом и кислородом плавящимся электродом (толщина металла от 0,5 до 120 мм), 
УП – в углекислом газе плавящимся электродом (толщина металла от 0,5 
до 120 мм). 
3. Дуговая сварка точечных сварных соединений из сталей, медных, алюминиевых и никелевых сплавов выполняется по ГОСТ 14776 (нахлесточные соединения). 
В стандарте приняты следующие обозначения способов сварки: 
Ф – под флюсом (толщина верхнего листа – 0,8…5,0 мм, толщина листа  
с круглым отверстием – 3,5…14 мм), 
УП – в углекислом газе плавящимся электродом (толщина верхнего листа – 
0,8…6,6 мм, толщина листа с круглым отверстием – 4,5…30 мм), 
УН – в углекислом газе неплавящимся электродом (толщина верхнего листа – 0,4…3,3 мм, толщина листа с круглым отверстием – 4,5…30 мм), 
ИП – в инертных газах плавящимся электродом (толщина верхнего листа – 
0,8…6,6 мм, толщина листа с круглым отверстием – 4,5…15 мм), 
ИН – в инертных газах неплавящимся электродом (толщина верхнего листа – 0,4…3,3 мм), 
ПП – плавящимся покрытым электродом с принудительным несквозным 
проплавлением и формированием (толщина верхнего листа – 0,8…12 мм 
без подготовки кромок). 
4. Дуговая сварка под флюсом сварных соединений из сталей, а также
сплавов на железоникелевой и никелевой основах выполняется по ГОСТ 8713. 
В стандарте приняты следующие обозначения способов сварки: 
АФ – автоматическая на флюсовой подушке (толщина металла – 2,0… 
60 мм), 

Технологические основы сварки плавлением 
АФм – автоматическая на флюсомедной подкладке (толщина – 3,0… 
30 мм), 
АФо – автоматическая на остающейся подкладке (толщина – 2,0…60,0 мм), 
АФп – автоматическая на медном ползуне (толщина – 5,0…20 мм), 
МФ – механизированная на весу (толщина – 1,5…30 мм). 
5. Электрошлаковая сварка сварных соединений из сталей выполняется 
по ГОСТ 15164. 
В стандарте приняты следующие обозначения способов сварки: 
ШЭ – проволочным электродом (толщина металла – 30…450 мм), 
ШМ – плавящимся мундштуком (толщина более 30 мм), 
ШП – электродом, сечение которого соответствует по форме поперечному 
сечению сварочного пространства (зазора), толщина – 30…800 мм. 
6. Сварные соединения трубопроводов из сталей выполняются по ГОСТ 
16037. 
В стандарте приняты следующие обозначения способов сварки: 
ЗП – дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом,  
ЗН – дуговая сварка в защитном газе неплавящимся электродом,  
Р – ручная дуговая сварка,  
Ф – дуговая сварка под флюсом,  
Г – газовая сварка. 
 
Вопросы для самоконтроля к теме № 1: 
1. 
В каком году В. В. Петров описал явление электрической дуги? 
2. 
В каком году Н. Н. Бенардос впервые в мире осуществил сварку, и какие изобретения принадлежат ему? 
3. 
Укажите роль Н. Г. Славянова в развитии сварки. 
4. 
Кто предложил сварку покрытым электродом? 
5. 
Кто предложил известные сейчас типы сварных соединений (стыковые, тавровые, угловые и нахлесточные)? 
6. 
Кем и когда впервые в мире была выполнена сварка под водой и в космосе? 
7. 
Дайте определение термину «сварка» по ГОСТ 2601. 
8. 
Дайте определение термину «сварное соединение» по ГОСТ 2601. 
9. 
Каким признаком определяется класс сварки по ГОСТ 19521? 
10. Каким признаком определяется вид сварки по ГОСТ 19521? 
11. Какими признаками классифицируется сварка металлов по ГОСТ 
19521? 
12. Перечислите классы сварки. 
13. Назовите виды сварки, относящиеся к термическому классу? 
14. Перечислите основные технологические признаки для дуговой сварки?