Сварка давлением: технология и оборудование

Е. Ю. Латыпова
Ю. А. Цумарев

СВАРКА ДАВЛЕНИЕМ: 

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

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

Л27

А в т о р ы:

консультант OOO «Веберкомеханикс»  

кандидат технических наук Е. Ю. Латыпова;

кандидат технических наук, доцент Ю. А. Цумарев

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия профессионального компонента  

ГУО «Бобруйский государственный  

механико-технологический колледж» (Г. А. Масюк); 

доцент кафедры «Порошковая металлургия, сварка и технология материалов» 

Белорусского национального технического университета 

кандидат технических наук, доцент Т. И. Бендик

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.

Л27

Латыпова, Е. Ю.

Сварка давлением: технология и оборудование : учеб. пособие / Е. Ю. Ла
тыпова, Ю. А. Цумарев. – Минск : РИПО, 2021. – 300 с. : ил.

ISBN 978-985-7253-25-8.

В учебном пособии рассмотрена роль сварки давлением в современной технике, 

а также в подготовке и практической деятельности специалистов. Приведены сведения о ее теоретических основах и дано описание основных процессов, характерных 
для образования соединения в твердой фазе. Рассмотрены преимущества сварки 
давлением перед методами сварки плавлением, приведена классификация способов 
сварки давлением. Дано описание применяемых сборочно-сварочных приспособлений, дефектов сварных соединений и особенностей контроля качества сварки.

Предназначено для учащихся учреждений среднего специального образования 

по специальности «Оборудование и технология сварочного производства».

УДК 621.791(075.32) 

ББК 30.61я723 

ISBN 978-985-7253-25-8 
 © Латыпова Е. Ю., Цумарев Ю. А., 2021
© Оформление. Республиканский институт

профессионального образования, 2021

ВВЕДЕНИЕ

Современные условия, основу которых составляют рыноч
ность экономических отношений, острая конкуренция и динамичность, требуют от предприятий постоянного стремления к 
неуклонному развитию для обеспечения роста реализации товарной продукции и проникновения на новые рынки сбыта. Поэтому для производственных предприятий жизненно необходимым 
является постоянное освоение новых технологий и стремление к 
повышению профессионального уровня своих работников.

Сварка является важной составной частью современного 

промышленного комплекса, и уровень ее развития в значительной мере определяет прогресс в таких отраслях, как машиностроение, строительство, энергетика, транспорт. Это обусловлено 
постоянным усложнением условий эксплуатации изделий, созданием новых, более совершенных материалов для их изготовления, а также тенденцией к постоянному повышению уровня 
проектных решений во всех областях техники. Возрастают также требования к более рациональному потреблению ресурсов, 
используемых при соединении деталей. Важным направлением 
развития является расширяющаяся потребность в соединении 
разнородных материалов. Поэтому на современном этапе сварка 
перспективных и современных материалов, а также соединение 
различных сочетаний материалов сопряжены с новыми требованиями и заслуженно рассматриваются в качестве ключевых технологий третьего тысячелетия. Для успешного решения отмеченных задач сварочное производство располагает разнообразными 
способами сварки, которые делят на две большие группы. Первая 
из них основана на плавлении кромок соединяемых заготовок и 
составляет группу способов сварки плавлением. Во вторую группу 
входят способы, в которых образование соединения происходит 
при воздействии значительных давлений на соединяемые детали 
(способы сварки давлением). Характерно, что способы сварки давлением в современных условиях обладают рядом преимуществ  

Введение

перед сваркой плавлением. Это создает предпосылки для быстрого развития технологий сварки давлением и расширения объемов 
ее применения в современной технике. Особенно быстрый прогресс наблюдается в развитии контактной электрической сварки. Поэтому ее изучению учебной программой дисциплины 
«Технология и оборудование сварки давлением» уделено особое 
внимание. Соответственно, значительная часть из общего объема данного учебного пособия посвящена изложению материала, 
связанного с контактной электрической сваркой.

Для успешного осуществления производственной деятельно
сти в области сварки давлением необходимы хорошо подготовленные специалисты, не только знакомые с основами дисциплины «Технология и оборудование сварки давлением» (процессами, протекающими при сварке, используемым оборудованием, 
режимами сварки, контролем качества), но и умеющие оценить 
перспективы, иметь представление о направлениях развития. 
Поэтому в учебном пособии рассмотрены современные направления повышения работоспособности сварных соединений, снижения эксплуатационных затрат и стоимости оборудования. Эти 
сведения могут не только быть полезными при непосредственном 
изучении данной учебной дисциплины, но и использоваться в 
дипломном проектировании для внесения важных изменений в 
базовые варианты технологических процессов, в частности, корректных и обоснованных предложений по замене сварки плавлением на тот или иной способ сварки давлением.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

1.1. Основные определения способов сварки давлением

Определения приведены по СТБ ИСО 857-1–2004 «Сварка и 

родственные процессы. Словарь. Часть 1. Процессы сварки металлов». 

Сварка давлением – сварка с применением давления, осу
ществляемая за счет пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже температуры плавления.

Примечание. В ряде случаев соприкасающиеся поверхности 

подвергаются нагреву для ускорения их соединения.

Контактная сварка – сварка с применением давления, при 

которой используется теплота, выделяющаяся в месте контакта 
свариваемых деталей при прохождении электрического тока.

Возможна также более подробная формулировка: контактная сварка – процесс образования неразъемных соединений конструкционных металлов в результате их кратковременного нагрева электрическим током и пластического деформирования 
усилием сжатия. 

Точечная контактная сварка –  сварка, при которой сварное 

соединение образуется на ограниченной площадке контактирующих поверхностей деталей, зажатых между торцами электродов. Диаметр ядра сварной точки приблизительно равен диаметру 
контактной поверхности электрода.

Примечание. Во время процесса сварки усилие передается че
рез электрод.

Рельефная сварка – контактная сварка, при которой сварное 

соединение образуется на отдельных участках, обусловленных их 
геометрической формой, в том числе по выступам. 

Примечание. Ток и усилие передаются через плиту и элек
троды.

Шовная сварка внахлестку – контактная сварка внахлестку, 

при которой образование соединения происходит на ограничен

1. Теоретические основы контактной сварки

ной площадке контактирующих поверхностей свариваемых деталей, сжатых между вращающимися дисковыми электродами (или 
один электрод – диск, другой – стержень).

Примечание. Через ролики передается усилие и ток, и вра
щение либо постоянно для получения непрерывного шва, либо 
импульсно для получения прерывистого шва.

Шовная сварка с раздавливанием кромок – контактная свар
ка, при которой стыковое соединение образуется между двумя 
деталями одинаковой толщины, собранными с контролируемым 
узким нахлестом, который раздавливается роликами в момент 
его плавления.

Стыковая сварка сопротивлением – стыковая контактная 

сварка, при которой детали стыкуются под давлением до начала 
нагрева, давление поддерживается, затем пропускают ток до тех 
пор, пока температура не достигнет температуры сварки, при которой происходит осадка металла.

Примечание. Ток и усилие передаются через зажимное устрой
ство.

Стыковая сварка оплавлением – стыковая контактная сварка, 

при которой нагрев металла сопровождается оплавлением стыкуемых торцов.

Примечание. Соединяемые детали могут быть предварительно 

нагреты. Ток и усилие передаются через зажимное устройство. 

Кузнечная сварка – сварка давлением, при которой нагрев 

соединяемых деталей проводится в печах или горнах, осадка выполняется ударами молота.

Сварка трением с перемешиванием – сварка плавлением, при 

которой теплота создается трением между вращающимся нерасходуемым пальцем и заготовками.

Холодная сварка – сварка давлением при значительной пла
стической деформации без нагрева свариваемых частей внешними источниками тепла.

Ультразвуковая сварка – сварка давлением, осуществляемая 

при воздействии ультразвуковых колебаний (механических колебаний высоких частот и низких амплитуд) при температуре значительно ниже температуры точки плавления соединяемых деталей.

Примечание. Может применяться дополнительный нагрев.
Сварка взрывом – сварка, которая осуществляется при соуда
рении свариваемых частей давлением, полученным в результате 
взрыва.

1.1. Основные определения способов сварки давлением

Магнитоимпульсная сварка – сварка с применением давле
ния, при которой соединение осуществляется в результате соударения свариваемых частей, вызванного воздействием импульсного магнитного поля.

Сварка трением – сварка давлением, при которой нагрев осу
ществляется трением, вызванным относительным перемещением 
свариваемых частей или инструмента.

Сварка трением с постоянным приводом – сварка трением с 

использованием неотключаемого привода вращения.

Орбитальная сварка трением – сварка трением, осуществля
емая движением прижатых одна к другой деталей по круговой 
орбите без вращения вокруг собственных осей. 

Примечание. По завершении стадии нагрева оси совмещают, 

прекращая относительное движение заготовок, и прикладывают 
осевое усилие, формируя сварное соединение.

Инерционная сварка трением – сварка трением с использова
нием энергии, накопленной маховиком.

Радиальная сварка трением – сварка трением с использова
нием теплоты трения наружного или внутреннего кольца, расположенного в районе соединительного шва, о концы заготовок 
при вращении его с заданной угловой скоростью, прижатого к 
заготовке с определенным усилием.

Примечание. По окончании стадии нагрева вращение кольца 

прекращают и его дополнительно сжимают (раздвигают) в радиальном направлении.

Диффузионная сварка – сварка давлением, осуществляемая 

за счет взаимной диффузии атомов в тонких поверхностных слоях контактирующих частей.

Примечание. Диффузионная сварка осуществляется при от
носительно длительном воздействии повышенной температуры и 
незначительной пластической деформации и может проводиться 
в вакууме, с газовой защитой или в жидкости, предпочтительно 
без добавления присадочного металла.

Газопрессовая сварка – сварка давлением, при которой для 

нагрева используется теплота пламени смеси газов, сжигаемых с 
помощью горелки.

Высокочастотная сварка – сварка с применением давления, 

при которой нагрев осуществляется токами высокой частоты (не 
менее 10 кГц).

1. Теоретические основы контактной сварки

Примечание. Ток высокой частоты концентрируется при со
прикосновении поверхностей вдоль предполагаемого сварного 
шва с локальным выделением тепла перед приложением усилия.

Индукционная сварка – сварка с применением давления и 

нагревом соединяемых поверхностей деталей индуцированным в 
них электрическим током.

Сварка дугой, приводимой в движение магнитным полем – 

сварка электрической дугой, которая совершает поступательные 
или колебательные движения под действием внешнего магнитного поля с образованием сварного соединения при плавлении или 
при нагреве с последующим сдавливанием соединяемых поверхностей.

Сварка прокаткой – сварка с применением давления, при ко
торой нагрев проводится в печах или горнах, а пластическое деформирование осуществляется в прокатных валках.

Сварка трением с перемешиванием – сварка плавлением, при 

которой теплота создается трением между вращающимся инструментом и свариваемыми деталями-заготовками.

Примечание. Инструмент движется вдоль оси соединения, в 

результате чего образуется стыковой шов.

1.2. Образование соединений при сварке давлением

Исследования историков и археологов доказывают, что свар
ка давлением известна с незапамятных времен и появилась гораздо раньше, чем сварка плавлением. На протяжении многих 
веков единственным способом, применяющимся на практике, 
была кузнечная сварка. Ввиду простоты и наглядности ее можно 
рассматривать в качестве типичного технологического процесса, при котором соединение происходит под действием давления. 
Вот как описан процесс кузнечной сварки, происходящий более 
300 лет тому назад, в художественной литературе русским писателем А.Н. Толстым, получившим техническое образование.

«Пылали все горны. Кузнецы в прожженных фартуках, в 

соленых от пота рубахах, рослые молотобойцы, по пояс голые, 
с опаленной кожей, закопченные мальчишки, раздувающие 
мехи, – все валились с ног, отмахивали руки, почернели. Отдыхающие (сменялись несколько раз в ночь) сидели тут же: кто 
у раскрытых дверей жевал вяленую рыбу, кто спал на куче березовых углей.

1.2. Образование соединений при сварке давлением

Старший мастер Кузьма Жемов, присланный Львом Кирил
ловичем со своего завода в Туле (куда был взят из тульской тюрьмы – в вечную работу), покалечил руку. Другой мастер угорел и 
сейчас стонал на ночном ветерке, лежа около кузницы на сырых 
досках.

Наваривали лапы большому якорю для «Крепости». Якорь, 

подвешенный на блоке к потолочной матице, сидел в горне. 
Омахивая пот, свистя легкими, воздуходувы раскачивали рычаги 
шести мехов. Два молотобойца стояли наготове, опустив к ноге 
длинноручные молота. Жемов здоровой рукой (другая была замотана тряпкой) ковырял в углях, приговаривал:

– Не ленись, не ленись, поддай......
Петр в грязной белой рубахе, в парусиновом фартуке, с маз
ками копоти на осунувшемся лице, сжав рот в куриную гузку, 
осторожно длинными клещами поворачивал в том же горне 
якорную лапу. Дело было ответственное и хитрое – наварка такой большой части......

Жемов, – обернувшись к рабочим, стоящим у концов блока:
– Берись...... Слушай...... (И – Петру.) В самый раз, а то пере
жжем...... (Петр, не отрывая выпуклых глаз от углей, кивнул, пошевелил клещами.) Быстро, навались...... Давай!..

Торопливо перехватывая руками, рабочие потянули конец. 

Заскрипел блок. Сорокапудовый якорь пошел из горна. Искры 
взвились метелью по кузнице. Добела раскаленная якорная нога, 
щелкая окалиной, повисла над наковальней. Теперь надо было ее 
нагнуть, плотно уместить. Жемов – уже шепотом:

– Нагибай, клади...... Клади плотнее... (Якорь лег.) Сбивай 

окалину. (Загорающимся веником стал смахивать окалину.) Лапу! 
(Обернувшись к Петру, закричал диким голосом.) Что ж ты! Давай!

– Есть!
Петр вымахнул из горна пудовые клещи и промахнулся по 

наковальне, – едва не выронил из клещей раскаленную лапу. 
Присев от натуги, ощерясь, наложил......

– Плотнее! – крикнул Жемов и только взглянул на молото
бойцев. Те, выхаркивая дыхание, пошли бить кругами, с оттяжкой. Петр держал лапу, Жемов постукивал молотком – так-тактак, так-так-так. Жгучая окалина брызгала в фартуки.

Сварили. Молотобойцы, отдуваясь, отошли. Петр бросил 

клещи в чан. Вытерся рукавом. Глаза его весело сузились. Подмигнул Жемову. Тот весь собрался морщинами:

1. Теоретические основы контактной сварки

– Что ж, бывает, Петр Алексеевич...... Только в другой раз 

эдак вот не вымахивай клещи-то, – так и человека можно задеть 
и непременно сваркой мимо наковальни попадешь. Меня тоже 
били за эти дела......»

В приведенном отрывке убедительно и с исчерпывающей пол
нотой описан технологический процесс кузнечной сварки и выделены основные его элементы: подготовка свариваемых поверхностей, нагрев, создание давления и пластическая деформация. При 
этом температура нагрева контролируется по цвету нагреваемых 
заготовок, а давление создается с помощью ударов молота. Из механики известно, что при ударе происходит быстрое превращение 
кинетической энергии в работу деформирования изделия и создаются огромные усилия. Наглядным примером эффективности 
такого превращения энергии является работа тарана, удары которого разрушают стены мощных крепостей.

Рассматривая образование соединения при сварке давлени
ем, необходимо особо выделить важность пластической деформации. Об этом свидетельствуют результаты эксперимента, который проводился под руководством академика К.К. Хренова. 
Создавались все условия, необходимые для образования соединения с помощью давления: нагрев до требуемой температуры и 
приложение давления требуемого уровня. Ограничивалась только пластическая деформация с помощью специальной прочной 
обоймы, в которую помещались свариваемые алюминиевые заготовки (рис. 1.1).

1
2

3

4

Рис. 1.1. Схема процесса сварки давлением с ограничением пластической 

деформации свариваемых заготовок: 1 – ограничительная обойма;  
2, 4 – стальные пуансоны; 3 – свариваемые алюминиевые заготовки

Результаты описываемого опыта показали полное отсутствие 

признаков сварки алюминиевых заготовок даже при многократно