Современные способы сварки

Н.П. Алешин, В.И. Лысак, В.Ф. Лукьянов

УДК 621.791
ББК 34.441
        А49

Алешин Н. П.
А49     Современные способы сварки : учеб. пособие / Н. П. Але шин, 
В. И. Лысак, В. Ф. Лукьянов. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. – 59 [1] с. : ил.

 ISBN 987-5-7038-3543-2
Описаны современные выскоэффективные сварочные процессы. 
Рассмотрены примеры практического применения отдельных видов 
сварки, их преимущества и недостатки.
Для студентов, обучающихся по направлению «Машиностроение», 
а также для специалистов, работающих в области создания сварных 
конструкций и разработки технологий их производства.

УДК 621.791
ББК 34.441

 
© Алешин Н.П., Лысак В.И., 
 
 
Лукьянов В.Ф., 2011
 
© Оформление. Издательство
ISBN 987-5-7038-3543-2 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011

 
Современные способы сварки 
3

Предисловие

Сварочное производство последних лет характеризуется инновационным развитием на основе широкого использования наукоемких технологий и последних достижений в области фундаментальных наук. Результаты исследований в области теории образования 
сварного соединения значительно расширили возможности использования традиционных и новых источников энергии для повышения производительности изготовления и качества сварных изделий.
В учебном пособии дан обзор современных высокоэффективных сварочных процессов и рассмотрены примеры их практического применения. Большое внимание уделено гибридным процессам, 
позволяющим не только совместить преимущества отдельных процессов, но и получить дополнительный положительный эффект. 
Рассмотрены преимущества и области применения сварки трением 
с перемешиванием, примеры эффективного использования информационных технологий для управления сварочными процессами.
Материал предназначен для специалистов, работающих в области создания сварных конструкций и разработки технологии их 
производства.
Может быть использовано в качестве учебного пособия при 
подготовке бакалавров и магистров по направлению «Машиностроение».
Авторы надеятся, что знакомство специалистов сварочного производства с возможностями новых наукоемких сварочных технологий привлечет внимание российских ученых к развитию исследований в этой области и даст импульс к широкому промышленному 
использованию новых высокоэффективных технологий соединения 
конструкционных материалов.

Н.П. Алешин, В.И. Лысак, В.Ф. Лукьянов

Направление развития сварочного производства

Сварочное производство представляет одну из ведущих наукоемких составляющих мировой экономики и в значительной степени 
определяет развитие многих отраслей современной промышленности. С применением сварочных технологий в развитых странах производится до половины валового национального продукта, а годовой объем мирового производства сварочной техники, материалов 
и услуг в 2005 г. превысил в денежном выражении 40 млрд долл. По 
прогнозам, в 2010 г. он увеличится до 44 млрд долл., а в 2015 г. — 
до 52—54 млрд долл. (рис. 1). 

Рис. 1. Динамика развития мирового 
рынка сварочного производства:

 материалы; 
 оборудование; 
 услу
ги; 
 средства защиты

Такая динамика обусловлена и тем, что более 2/3 стального 
проката постоянно растущего мирового рынка металлопродукции 
переходит на производство сварных конструкций и сооружений, 
причем на каждую его тонну расходуется около 4—6 кг сварочных 
(присадочных) материалов.
В России общее число потребителей сварочного оборудования 
и материалов превысило 3 000 предприятий, на которых численность рабочих превысила 3,9 млн человек. Основными потребителями сварочного оборудования являются топливно-энергетические 
комплексы (28 %) и машиностроение (20 %). 

 
Современные способы сварки 
5

Анализ сегментов отечественного рынка сварочного оборудования и материалов дает истинное представление о состоянии и 
тенденциях развития сварочного производства в целом и позволяет 
утверждать, что российский рынок во многом схож с мировым. По 
статистике Росстата, рост объемов производства сварочного оборудования начался в 2002 г. и продолжается до сих пор. За шесть 
лет производство в физическом выражении увеличилось более чем 
в 3,5 раза. При этом только по сравнению с 2007 г. объем производства отечественного сварочного оборудования в 2008 г. увеличился 
более чем на 20 %.
На отечественном рынке сварочных материалов неуклонно сокращается доля электродов с покрытием путем увеличения производства сварочных проволок для автоматической и механизированной сварки, причем особенно быстрыми темпами развивается 
производство порошковых проволок. В производстве флюсов постоянно увеличивается доля агломерированных и уменьшается 
доля плавленых, преимущественно кислых, флюсов. 
Структура отечественного рынка сварочного производства 
представлена на рис. 2.
В отраслевом развитии сварочного производства имеются как 
лидеры (ОАО «Газпром», ОАО «АК Транснефть», ОАО «Атом
Рис. 2. Структура сварочного рынка в России

Электроды
с покрытием

Н.П. Алешин, В.И. Лысак, В.Ф. Лукьянов

пром», РКК «Энергия» и др.), так и аутсайдеры, к которым можно 
отнести предприятия строительной отрасли с преобладающей долей ручных способов сварки.
Эффективное развитие сварочного производства опирается на 
применение современных и перспективных способов сварки, краткий обзор которых и явился целью настоящего пособия.

Лазерные технологии в машиностроении

Традиционно используемые в машиностроении технологии 
сварки плавлением ввиду недостаточной плотности энергии не обеспечивают глубокого проплавления, вследствие чего при сварке металла больших толщин, обычно более 5 мм, требуется выполнять 
скос свариваемых кромок, что приводит к необходимости наплавлять большой объем металла. Это ведет к снижению производительности сварки и, как правило, к появлению больших остаточных 
деформаций. Физическая суть процесса лазерной сварки заключается в возможности получения неразъемного соединения частей изделия путем местного расплавления металла под действием высококонцентрированного источника световой энергии.
В отличие от дуговых методов сварки при лазерной сварке удается достичь значительно большей плотности энергии, что позволяет более эффективно использовать введенную энергию для расплавления металла и образования соединения. Вследствие этого 
появляется возможность увеличить скорости и существенно уменьшить сварочные деформации. 
Существует две технологии лазерной сварки — сварка за счет 
нагрева и сварка с глубоким проплавлением за счет образования парогазового канала (рис. 3). 
В первом случае плавление металла происходит в поверхностном слое глубиной несколько десятых долей миллиметра. Этот способ применяется для соединения тонких деталей в приборостроении и медицинской технике, а также при выполнении наплавки, 
когда требуется обеспечить минимальное перемешивание основного и наплавляемого металла. 
Для использования этой технологии применяют импульсные 
твердотельные Nd:YAG лазеры, а наплавку выполняют расфокусированным лучом.
При увеличении плотности энергии выше порогового значения 
106 Вт/см2 металл не только плавится, но и испаряется. Давление паров металла становится столь большим, что в свариваемом металле 
формируется окруженный расплавленным металлом паровой канал,