Механизация и автоматизация сварочного производства

В. Г. Лупачев

МЕХАНИЗАЦИЯ  

И АВТОМАТИЗАЦИЯ 

СВАРОЧНОГО 

ПРОИЗВОДСТВА

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
2021

УДК 621.791(075.32)
ББК 30.61я723

Л85

А в т о р:

кандидат технических наук, доцент В. Г. Лупачев.

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия профессионального компонента ГУО «Бобруйский 
государственный механико-технологический колледж» (Л. П. Хоронеко); 

доцент кафедры «Порошковая металлургия, сварка 

и технология материалов» Белорусского национального технического  

университета кандидат технических наук, доцент П. В. Занковец.

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 образо
вания Республики Беларусь.

Л85

Лупачев, В. Г.

Механизация и автоматизация сварочного производства : учеб. посо
бие / В. Г. Лупачев. – Минск : РИПО, 2021. – 346… с. : ил.

ISBN 978-985-7253-62-3.

В учебном пособии изложены основы комплексной механизации и авВ учебном пособии изложены основы комплексной механизации и ав
томатизации сварочного оборудования. Представлено оборудование для 
томатизации сварочного оборудования. Представлено оборудование для 
механизации транспортных, заготовительных, сборочных, сварочных, 
механизации транспортных, заготовительных, сборочных, сварочных, 
отделочных и контрольных операций. Рассмотрены различные средства 
отделочных и контрольных операций. Рассмотрены различные средства 
технологического оснащения сварочного производства, сборочно-сватехнологического оснащения сварочного производства, сборочно-сварочные механизированные и автоматические линии, станки-автоматы, 
рочные механизированные и автоматические линии, станки-автоматы, 
сварочные роботы, робототехнические комплексы, гибкие производсварочные роботы, робототехнические комплексы, гибкие производственные системы.
ственные системы.

Предназначено для учащихся учреждений образования, реализуюПредназначено для учащихся учреждений образования, реализую
щих образовательные программы среднего специального образования по 
щих образовательные программы среднего специального образования по 
специальности «Оборудование и технология сварочного производства». 
специальности «Оборудование и технология сварочного производства». 
Может быть полезно преподавателям для организации образовательного 
Может быть полезно преподавателям для организации образовательного 
процесса, а также практическим работникам отрасли.
процесса, а также практическим работникам отрасли.

УДК 621.791(075.32)

ББК 30.61.я723

ISBN 978-985-7253-62-3      
 © Лупачев В. Г., 2021

 
 
 
              © Оформление. Республиканский институт

 
 
 
 
        профессионального образования, 2021

ВВЕДЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

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.

Технологический процесс изготовления сварных конструкций 

включает в себя последовательное выполнение заготовительных, 
сборочных, сварочных, контрольных, отделочных, транспортных 
и других операций. 

Технология выполнения сборочно-сварочных операций вклю
чает в себя десятки самостоятельных операций: установку и базирование заготовок, сборку, сварку, кантовку, транспортировку, зачистку швов и зоны сварки, правку, контроль, маркировку, окраску и т. п.

Разработка технологии предусматривает выбор схем базиро
вания деталей, обоснование последовательности сборки узла или 
конструкции, использование необходимых средств технологического оснащения, вспомогательного инструмента и материалов.

При этом решаются отдельные задачи: обоснование спосо
ба сварки, выбор сварочного оборудования и материалов, выбор 
средств механизации и автоматизации, расчет параметров режима 
сварки, назначение методов контроля в процессе и после окончания сварки.

Исходными данными при проектировании сварочного тех
нологического процесса являются чертежи сварной конструкции, 
технические условия на ее изготовление и планируемая программа 
выпуска. Чертежи и технические условия содержат данные о применяемых материалах, конфигурации заготовок, размерах, типах 
сварных соединений. В чертежах и технических условиях определены также критерии для оценки качества получаемых сварных со

Введение

единений. Характер требований к качеству сварной конструкции 
зависит от особенностей условий ее эксплуатации и возможных 
последствий выхода из строя.

С учетом программы выпуска оценивается технико-экономи
ческая эффективность спроектированного сварочного технологического процесса.

Разработка технологии изготовления сварной конструкции 

имеет целью обеспечить оптимальные условия выполнения каждой 
отдельной операции и всего процесса в целом.

При разработке технологических процессов изготовления 

сварных конструкций следует стремиться к максимальной замене 
ручного труда путем комплексной механизации и автоматизации 
всех технологических операций. Это позволяет повысить производительность труда, улучшить качество продукции, снизить 
влияние человеческого фактора на производственный процесс, 
улучшить условия труда.

Сварочные операции разделяют на основные и вспомогатель
ные. На вспомогательные операции приходится 65–70 % трудоемкости изготовления сварной конструкции. 

Современное технологическое оборудование для заготови
тельных операций, механизации и автоматизации загрузки и выгрузки деталей, автоматической транспортировки заготовок позволяет снижать трудоемкость изготовления изделий и повышать 
производительность труда.

Для повышения производительности вспомогательных опе
раций служит различное вспомогательное оборудование: специальные сборочно-сварочные приспособления, кондукторы, манипуляторы, кантователи, автооператоры.

Повышение производительности и качества сварки на основ
ных операциях достигается за счет широкого внедрения оборудования с числовым программным управлением, современных 
источников питания сварочной дуги, сварочных автоматов и роботов, использования поточных линий, робототехнологических 
комплексов, гибких автоматизированных производств при изготовлении сварных конструкций в массовом производстве. 

ГЛАВА 1.
ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ МЕХАНИЗАЦИИ  
 РАЗВИТИЕ МЕХАНИЗАЦИИ  

И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Классификация и типы сварных конструкций
1.1. Классификация и типы сварных конструкций

Сварной считается любая металлическая конструкция, в ко
торой имеется не менее одного сварного соединения. 

Сварное соединение – неразъемное соединение двух и более 

элементов, выполненное сваркой.

Сварной узел – часть конструкции, в которой сварены при
мыкающие 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, свя
зей, балок и ограждающих конструкций (панели, оконные переплеты, ворота и др.);

 
• листовые конструкции (резервуары для хранения жидко
стей, газгольдеры для хранения газов, перекрытия большепролетных зданий и сооружений, конструкции вентиляционных систем);

 
• мачты и опоры (радиомачты, мачты линии электропереда
чи, опорные конструкции);

 
• обслуживающие конструкции, обеспечивающие возмож
ность выполнения персоналом своих функций при соблюдении 
правил безопасности (лестницы, площадки, ограждения); 

 
• сетки и каркасы арматуры для железобетона;
 
• прочие конструкции (кронштейны, подвески, опоры тру
бопроводов).

Машиностроительные конструкции условно подразделены на 

пять групп:

 
• емкостные конструкции (сосуды и аппараты, работающие 

под давлением; котлы; емкости различного назначения и вмести

Глава 1. Развитие механизации и автоматизации производства 

мости) 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 преимуществен
но при переменных многоцикличных нагрузках (станины, валы, 
колеса);

 
• прочие конструкции.
Трубопроводы представляют собой устройства для транспор
тирования 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 пред
приятий; предназначены для транспортирования сырья, полуфабрикатов, материалов, необходимых для осуществления технологических процессов, готовой продукции и отходов производства;

 
• энергетические – обеспечивают работу тепловых и атом
ных электростанций и групповых котельных установок;

 
• санитарно-технические, состоящие из труб малого диа
метра с многочисленными резьбовыми соединениями; предназначены для создания комфортных условий в жилых домах, 
учреждениях и на промышленных предприятиях (хозяйственнобытовые водопроводы, газопроводы, трубопроводы горячей воды 
и канализации);

 
• прочие трубопроводы.
Все сварные конструкции классифицируют:
 
• по спо со бу пол у чен и я з а г о т овок (листовые, лито
сварные, кованосварные, штампосварные);

1.1. Классификация и типы сварных конструкций

 
• целевом у на значен и ю (вагонные, судовые, авиацион
ные и др.);

 
• х ара к т ерн ы м о со б ен но с тя м раб о т ы (балки, рамы, 

фермы, емкости, сосуды, работающие под давлением, трубы и 
трубопроводы, корпусные конструкции и т. п.).

Балки – конструктивные элементы, работающие в основном 

на поперечный изгиб. Жестко соединенные между собой балки 
образуют рамные конструкции.

Колонны – элементы, работающие преимущественно на сжа
тие или сжатие с продольным изгибом. Колонны могут быть постоянного и переменного сечения, сплошные и решетчатые. Их 
сечения обычно выполняют составными с использованием широкополочных прокатных профилей. К изготовлению колонн по 
условиям монтажа предъявляют следующие требования: перпендикулярность оси колонны к опорной плоскости плиты башмака 
и соблюдение расстояния между колоннами, правильность расположения монтажных отверстий. 

Решетчатые конструкции – система стержней, соединенных 

в узлах таким образом, что они испытывают главным образом 
растяжение или сжатие. К решетчатым конструкциям относятся 
фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы. Эти конструкции 
часто выполняют из профиля круглого сечения, поэтому их называют трубчатыми.

Конструкции, испытывающие избыточное давление (резерву
ары, емкости, сосуды и трубопроводы). К этим конструкциям 
предъявляют требование герметичности соединений. Их называют также листовыми, поскольку изготовляют из листового проката.

Корпусные транспортные конструкции – конструкции, под
вергающиеся динамическим нагрузкам, поэтому к ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе 
(основные конструкции данного типа – корпуса судов, вагонов, 
кузова автомобилей).

Детали машин и аппаратов работают преимущественно при 

переменных, многократно повторяющихся нагрузках, поэтому 
характерным требованием для них является получение точных 
размеров, обеспечиваемое главным образом механической обработкой заготовок или готовых деталей (примерами таких конструкций являются станины, валы, колеса).

Глава 1. Развитие механизации и автоматизации производства 

Требования, предъявляемые к сварным конструкциям. Необ
ходимо, чтобы сварные конструкции соответствовали эксплуатационному назначению, были надежными, прочными и экономичными, а их изготовление и монтаж требовали минимальных 
затрат труда.

Конструкция соответствует своему эксплуатационному назна
чению, если она наилучшим образом выполняет предписанные 
ей функции. Необходимо учитывать особенности эксплуатации 
конструкции: характер внешней среды, вид действующих нагрузок и т. д. 

Под надежностью понимают свойство конструкции сохра
нять во времени в заданных пределах значения эксплуатационных показателей, характеризующих ее способность выполнять 
требуемые функции. Надежность – комплексное свойство, которое в зависимости от назначения конструкции может включать в 
себя долговечность, безотказность и ремонтопригодность. 

Под долговечностью понимают свойство изделия сохранять 

работо способность до наступления предельного состояния. 

Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять ра
ботоспособность в течение определенного промежутка времени.

Под прочностью сварной конструкции понимают ее способ
ность противостоять разрушению и необратимому изменению 
формы под действием внешних нагрузок. Прочность зависит от 
свойств основного металла и сварочных материалов, а также условий эксплуатации данной конструкции. Различают статическую, усталостную, технологическую и конструктивную прочность сварных соединений и конструкций.

Статическую прочность рассчитывают в условиях статиче
ского нагружения. Количественной оценкой прочности служат 
напряжения, при которых наступает разрушение металла. Распространена оценка прочности материала по так называемому 
пределу прочности (временному сопротивлению).

Для повышения статической прочности сварных соедине
ний необходимо повышать эффективность защиты зоны сварки 
от влияния окружающей среды, обеспечивать требуемый состав 
металла шва, регулировать тепловое воздействие процесса сварки на металл и предотвращать образование дефектов в процессе 
сварки.

Усталостную прочность определяют при переменных нагруз
ках. Таким нагрузкам подвержены мосты, подкрановые балки, 

1.1. Классификация и типы сварных конструкций

трубопроводы и другие строительные и машиностроительные 
конструкции. Прочность при переменных нагрузках зависит от 
числа и характера циклов нагружения, свойств материала, из которого изготовлена конструкция, и условий ее работы.

Важным фактором, снижающим прочность сварных соеди
нений, является концентрация напряжений (возникновение значительных напряжений на участках малой протяженности), что 
особенно опасно при воздействии на конструкцию переменных 
нагрузок. Причинами, вызывающими концентрацию напряжений, служат изменение поперечного сечения конструкции, наличие конструктивных непроваров и близкое расположение привариваемых деталей.

Наиболее низкая концентрация напряжений характерна для 

стыковых швов. При обеспечении полного провара и снятии выпуклости сварного шва удается почти полностью устранить концентрацию напряжений. Разделка кромок свариваемых деталей 
для лучшего провара, уменьшение выпуклости швов, обеспечение плавного перехода от металла шва к основному металлу и 
увеличение расстояния между привариваемыми деталями позволяют успешно противостоять концентрации напряжений в сварных швах.

Технологическая прочность – это способность сварных со
единений выдерживать без разрушений различные воздействия, 
которые могут возникнуть в процессе сварки под влиянием сварочных деформаций и напряжений. Основной критерий технологической прочности сварных соединений, определяющий их эксплуатационную надежность, – это устойчивость к возникновению горячих и холодных трещин. К горячим относятся трещины, 
образующиеся в сварном соединении в процессе кристаллизации 
металла шва. Причина образования горячих трещин – снижение 
пластичности металла при температурах кристаллизации сварного шва. Холодные трещины образуются в готовом сварном соединении по истечении довольно продолжительного времени (от 
нескольких часов до нескольких суток). Причиной образования 
холодных трещин является выделение из металла водорода и образование закалочных структур.

Для повышения технологической прочности сварных соеди
нений необходимо правильно подбирать основной металл и сварочные материалы, избегать при проектировании конструкции 

Глава 1. Развитие механизации и автоматизации производства 

пересечения швов и их параллельного расположения на близком 
расстоянии друг от друга, применять приспособления и оснастку, уменьшающие деформации при сварке. Для предупреждения 
появления холодных трещин следует разрабатывать рациональный режим сварки и термической обработки, включающий в 
себя предварительный, сопутствующий и последующий подогрев 
сварного соединения.

Конструктивной прочностью называют способность конструк
ции противостоять наступлению предельных состояний, при которых она утрачивает эксплуатационные свойства, позволяющие 
использовать ее по назначению.

Конструктивная прочность зависит от того, насколько свой
ства материалов, из которых она изготовлена, согласуются со 
свойствами самой конструкции и условиями ее работы, определяемыми внешними факторами (нагрузка, напряжения, температура, продолжительность эксплуатации и т. д.). На конструктивную прочность сварных изделий влияют также собственные 
напряжения и сварочные деформации. Процесс сварки сопровождается неравномерным нагревом, расширением металла и пластическими деформациями, что приводит к образованию собственных напряжений и деформаций. 

На стадиях проектирования, изготовления и монтажа свар
ных конструкций необходимо принимать меры, направленные 
на максимальное уменьшение влияния сварочных напряжений 
и деформаций или на исключение возможности их появления.

Сварные конструкции должны быть экономичными по рас
ходу металла. Это одно из наиболее важных требований, так как 
на долю металла приходится более половины стоимости всей 
конструкции. Трудоемкость изготовления конструкции будет 
наименьшей, если она имеет простую форму и состоит из минимального числа деталей, предусмотрена возможность механизированной обработки, а также обеспечены простота и удобство 
сборки и сварки.

Так как изготовленные на заводе сварные конструкции до
ставляют к месту монтажа по железной дороге, отправочный 
элемент должен вписываться в железнодорожный габарит. Наибольшая длина отправочного элемента, зависящая от размеров 
платформы и метода погрузки, может составлять 13–23 м. Для 
перевозки металлоконструкций используют платформы грузо