Технология сварки плавлением и термической резки

В.П. Куликов
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ 
ПЛАВЛЕНИЕМ 
И ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
уЧЕ НиК 
Утверждено 
Министерством образования Республики Беларусь 
 
в качестве учебника для студентов 
учреждений высшего образования по специальности 
 
«Оборудование и технология сварочного производства»
Допущено 
 
Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации 
 
по университетскому политехническому образованию 
 
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки 15.03.01 «Машиностроение»
Москва 
 
ИНФРА-М 
202

УДК [621.791.75+621.791.94](075.8) 
ББК 34.64я73 
 
К90
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра «Порошковая металлургия, сварка и технология материалов» Белорусского национального технического университета (член-корреспондент 
НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор Ф.И. Пантелеенко);
генеральный директор Государственного научно-производственного объединения порошковой металлургии, член-корреспондент НАН Беларуси, доктор 
технических наук, профессор А.Ф. Ильющенко;
доцент кафедры «Технология сварки и диагностики» Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана Б.Г. Маслов
Куликов В.П.
Технология сварки плавлением и термической резки : учебК90
ник / В.П. Куликов. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 463 с. —
 (Высшее образование).
ISBN 978-5-16-019336-6 (ИНФРА-М, print)  
ISBN 978-5-16-104569-5 (ИНФРА-М, online)
Изложены физико-металлургические основы сварки плавлением, 
технологические характеристики и области применения различных 
способов сварки и резки. Приведены сведения о сварочных материалах, 
оборудовании, типах сварных соединений и регламентирующих их стандартах. Рассмотрены причины образования дефектов при сварке и способы его предотвращения. Описан системный подход к обеспечению 
качества сварки.
Для студентов, бакалавров, магистрантов и аспирантов, изучающих 
технологию сварки плавлением и термической резки. Может быть полезен инженерно-техническим работникам предприятий, использующих 
сварку.
УДК [621.791.75+621.791.94](075.8) 
ББК 34.64я73 
©
© Куликов В.П., 2016
ISBN 978-5-16-019336-6 (ИНФРА-М, print)  
ISBN 978-5-16-104569-5 (ИНФРА-М, online)
©
© ООО «Новое знание», 2016

Оглавление
Введение...............................................................................................................7
Глава 1. Классификация способов сварки, сварных  
соединений и швов.........................................................................................12
1.1. Классификация способов сварки плавлением.
.............................12
1.2. Типы сварных швов и соединений.
...................................................15
1.3. Обозначение сварных соединений на чертежах..........................22
Глава 2. Физико-металлургические основы сварки  
плавлением.
........................................................................................................32
2.1. Электрическая дуга как источник энергии при сварке............32
2.1.1. Физические процессы в дуге.
..................................................32
2.1.2. Перенос электродного металла в дуге.................................41
2.1.3. Взаимодействие дуги с магнитным полем.........................44
2.2. Тепловые процессы при сварке..........................................................46
2.3. Взаимодействие свариваемого металла с газами .
и примесями..............................................................................................56
2.3.1. Взаимодействие свариваемого металла с кислородом...56
2.3.2. Взаимодействие свариваемого металла с водородом.
....60
2.3.3. Взаимодействие свариваемого металла с азотом............62
2.3.4. Взаимодействие свариваемого металла с серой 
и фосфором...................................................................................64
2.4. Кристаллизация сварочной ванны и формирование шва........65
2.5. Микроструктура металла шва и зоны термического .
влияния.......................................................................................................71
Глава 3. Технологические характеристики основных  
способов сварки плавлением.....................................................................75
3.1. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
.......................75
3.2. Дуговая сварка под флюсом................................................................94
3.3. Сварка в среде углекислого газа..................................................... 108
3.4. Сварка в инертных газах.
................................................................... 130
3.4.1. Сварка плавящимся электродом.
........................................ 130
3.4.2. Сварка неплавящимся электродом.................................... 133
3.5. Сварка в смеси Аr + СО2................................................................... 142
3.6. Газовая сварка........................................................................................ 149
3.7. Специальные способы сварки.
......................................................... 160
3.7.1. Электрошлаковая сварка....................................................... 160

Оглавление
4
3.7.2. Электронно-лучевая сварка.................................................. 164
3.7.3. Лазерная сварка.
........................................................................ 171
3.7.4. Лазерно-дуговая сварка.
......................................................... 175
3.7.5. Сварка под водой...................................................................... 177
Глава 4. Сварочные материалы.
............................................................. 182
4.1. Сварочная проволока сплошного сечения.................................. 182
4.2. Порошковая сварочная проволока.
................................................ 191
4.3. Сварочные покрытые электроды.................................................... 197
4.3.1. Строение и свойства электродов........................................ 197
4.3.2. Стандарты на сварочные электроды.
................................. 208
4.3.3. Характеристики электродов различных групп.
............. 212
4.4. Сварочные флюсы................................................................................ 221
4.4.1. Флюсы для дуговой сварки.................................................. 221
4.4.2. Флюсы для электрошлаковой сварки.
.............................. 227
4.5. Защитные газы.
...................................................................................... 229
4.5.1. Углекислый газ.......................................................................... 229
4.5.2. Аргон, гелий.
............................................................................... 234
4.5.3. Смеси газов................................................................................. 235
4.6. Горючие газы.
.......................................................................................... 237
4.6.1. Ацетилен...................................................................................... 237
4.6.2. Пропан-бутановые смеси....................................................... 242
4.6.3. Метилацетилен-алленовая фракция (МАФ)................. 242
4.7. Кислород.................................................................................................. 245
Глава 5. Технология сварки..................................................................... 247
5.1. Классификация сталей и их свариваемость............................... 247
5.2. Технология сварки низкоуглеродистых сталей.
........................ 249
5.2.1. Общие принципы технологии сварки.
.............................. 249
5.2.2. Особенности сварки различными способами................ 252
5.3. Технология сварки среднеуглеродистых 
и высокоуглеродистых сталей......................................................... 264
5.4. Технология сварки низколегированных конструкционных 
сталей........................................................................................................ 269
5.5. Технология сварки низколегированных теплоустойчивых 
сталей........................................................................................................ 272
5.6. Технология сварки высокопрочных сталей................................ 279
5.6.1. Влияние термического цикла на свариваемость.
.......... 279

Оглавление
5
5.6.2. Технологические методы предупреждения 
холодных трещин..................................................................... 284
5.6.3. Особенности сварки различными способами................ 287
5.7. Технология сварки высоколегированных специальных .
сталей........................................................................................................ 293
5.7.1. Классификация и свойства 
высоколегированных сталей................................................ 293
5.7.2. Сварка аустенитных сталей.................................................. 295
5.7.3. Сварка ферритных сталей..................................................... 303
5.7.4. Сварка аустенитно-ферритных сталей............................. 306
5.7.5. Сварка мартенситных и мартенситно-ферритных 
сталей.
........................................................................................... 310
5.8. Технология сварки чугуна................................................................. 313
5.9. Технология сварки алюминия и его сплавов............................. 321
5.10. Технология сварки меди и ее сплавов........................................ 326
5.11. Технология сварки титана и его сплавов.................................. 332
Глава 6. Дефекты сварных соединений............................................. 337
6.1. Классификация дефектов.................................................................. 337
6.2. Поры.......................................................................................................... 343
6.2.1. Механизм образования пор.................................................. 343
6.2.2. Общие принципы борьбы с пористостью.
....................... 349
6.2.3. Поры при ручной дуговой сварке покрытыми 
электродами............................................................................... 354
6.2.4. Поры при сварке в защитных газах.
.................................. 362
6.2.5. Поры при сварке под флюсом............................................. 369
6.3. Трещины................................................................................................... 376
6.3.1. Горячие трещины...................................................................... 376
6.3.2. Холодные трещины.
................................................................. 381
6.4. Непровары............................................................................................... 383
6.5. Дефекты формы шва........................................................................... 392
Глава 7. Сварочные напряжения и деформации............................ 396
7.1. Схема образования продольных и поперечных .
деформаций.
............................................................................................ 396
7.2. Деформации изгиба сварных конструкций................................ 401
7.3. Угловые деформации в сварных конструкциях........................ 406
7.4. Меры борьбы с напряжениями и деформациями.................... 407

Оглавление
6
Глава 8. Способы термической резки................................................. 414
8.1. Кислородная резка............................................................................... 414
8.2. Кислородно-флюсовая резка.
........................................................... 427
8.3. Резка кислородным копьем.............................................................. 429
8.4. Воздушно-дуговая резка.................................................................... 432
8.5. Кислородно-дуговая резка................................................................ 434
8.6. Плазменная резка................................................................................. 435
8.7. Лазерная резка....................................................................................... 443
Глава 9. Системное обеспечение качества сварки  
плавлением.
..................................................................................................... 448
9.1. Общие положения................................................................................ 448
9.2. Аттестация персонала сварочного производства.
..................... 449
9.3. Аттестация технологических процессов сварки....................... 452
9.4. Сертификация и аттестация сварочного оборудования........ 455
9.5. Сертификация и аттестация сварочных материалов.............. 459
9.6. Аттестация и сертификация персонала и лабораторий 
неразрушающего контроля............................................................... 460
Литература...................................................................................................... 462

Введение
Сварка наряду с  литьем и  обработкой давлением, является 
древнейшей технологической операцией, освоенной человеком 
в бронзовом веке во время приобретения опыта работы с металлами. Ее появление связано с необходимостью соединения различных деталей при изготовлении орудий труда, оружия, украшений 
и других изделий.
Первым способом сварки была кузнечная, которая обеспечивала достаточно высокое по тем временам качество соединения, 
особенно при работе с пластичными металлами, такими, как медь. 
С появлением бронзы (более твердой и сложной в ковке) возникла 
литейная сварка. При этом способе края соединяемых деталей заформовывали специальной земляной смесью и заливали разогретым 
жидкими металлом, который сплавлялся с деталями и, застывая, 
образовывал шов. Такие соединения обнаружены на бронзовых сосудах, сохранившихся со времен Древней Греции и Древнего Рима.
С появлением железа увеличивается номенклатура используемых человеком изделий из металлов, поэтому расширяется объем 
и области применения сварки. Создаются новые виды оружия, совершенствуются средства защиты воина в бою: кольчуги, шлемы, 
латы (например, для кольчуги приходилось изготавливать кузнечной сваркой больше 10  тыс. металлических колец). Развиваются 
новые технологии литья, постепенно приобретаются знания, связанные с термообработкой стали и приданием ей различной твердости и  прочности. Часто эти знания были получены случайно 
и  не  могли объяснить суть происходящих процессов. Например, 
в рукописи, найденной в храме Балгона в Азии, так описывается 
процесс, известный нам как закалка стали: «Нагревать кинжал до 
тех пор, пока не засветится подобно утреннему солнцу в пустыне, 
потом охладить его до цвета царского пурпура, втыкая лезвие 
в тело мускулистого раба. Сила раба, переходя в кинжал, придает 
ему твердость».
Тем не  менее, несмотря на достаточно примитивные знания, 
еще до нашей эры изготавливались мечи и сабли, обладавшие уникальными свойствами и получившие название дамасских. Чтобы 
придать оружию высокую прочность и твердость и одновременно 
обеспечить пластичность, не  позволявшую мечу быть хрупким 

Введение
8
и  ломаться от ударов, его изготавливали слоистым. Поочередно, 
в  определенной последовательности соединяли сваркой твердые 
слои из средне- или высокоуглеродистой стали и мягкие полосы 
из низкоуглеродистой стали или чистого железа. В результате получалось оружие, обладающее новыми свойствами, которые получить без применения сварки невозможно. Впоследствии, в Средние 
века, эта технология стала применяться для изготовления высокоэффективных самозатачивающихся плугов и других орудий труда.
Кузнечная и литейная сварка длительное время оставались основными способами соединения металлов, который хорошо вписывались в  технологию металлообработки того времени. Профессия 
кузнеца-сварщика была весьма почетной и престижной. С развитием в XVIII в. машинного производства потребность в создании 
металлических сооружений, паровых машин, различных механизмов резко возросла. Известные способы сварки во многих случаях 
перестали удовлетворять требованиям, так как отсутствие мощных 
источников тепла не  позволяло равномерно нагревать большие 
конструкции до необходимых для сварки температур. Основным 
способом получения неразъемных соединений в  это время стала 
клепка.
Положение стало меняться в  начале XIX  в. после создания 
итальянским физиком А. Вольта источников электрической энергии. В 1802 г. русский ученый В.В. Петров открыл явление электрической дуги и доказал возможность ее использования для плавления 
металла. В 1881 г. русский изобретатель Н.Н. Бенардос предложил 
использовать электрическую дугу, горящую между угольным электродом и  металлической деталью, для расплавления ее кромок 
и соединения с другой деталью. Он назвал этот способ соединения 
металлов «электрогефест» в честь древнегреческого бога-кузнеца. 
Металлические конструкции любых размеров и различной конфигурации стало возможным соединять прочным сварным швом. 
Так появилась электродуговая сварка — выдающееся изобретение 
XIX в. Она сразу же нашла применение в наиболее сложной на тот 
момент отрасли промышленности — паровозостроении. Открытие 
Н.Н.  Бенардоса в  1888  г. усовершенствовал его современник 
Н.Г. Славянов, заменив неплавящийся угольный электрод плавящимся металлическим. Также изобретатель предложил применять 

Введение
9
шлак, который защищал сварной шов от воздуха, делая его более 
плотным и прочным.
Параллельно развивалась газовая сварка, при которой для плавления металла использовалось пламя, образующееся при сгорании 
горючего газа (например, ацетилена) в смеси с кислородом. В конце XIX в. этот способ сварки считался даже более перспективным, 
чем дуговая сварка, так как не требовал мощных источников энергии, а  пламя одновременно с  плавлением защищало металл от 
окружающего воздуха. Это позволяло получать достаточно хорошее качество сварных соединений.
Важным этапом в развитии дуговой сварки стали работы шведского ученого О. Кельберга, предложившего в 1907 г. наносить на 
металлический электрод покрытие, которое, разлагаясь при горении дуги, обеспечивало хорошую защиту расплавленного металла 
от воздуха и  его легирование необходимыми для качественной 
сварки элементами. После этого изобретения сварка стала находить все большее применение в различных отраслях промышленности. Особое значение в это время имели работы русского ученого В.П.  Вологдина, который основал первую кафедру сварки 
в политехническом институте г. Владивостока. В 1921 г. на Дальнем Востоке был открыт первый сварочный цех по ремонту судов, 
в 1924 г. с применением сварки отремонтирован крупнейший мост 
через реку Амур. В это же время с помощью сварки создаются цистерны для хранения масла емкостью 2000 т, изготавливается генератор для Днепрогэса, который был в два раза легче клепаного. 
В 1926 г. проводится первая Всесоюзная конференция по сварке. 
В 1928 г. в СССР насчитывается 1200 агрегатов для дуговой сварки.
В 1929 г. в Киеве при АН УССР открылась лаборатория сварки, в 1934 г. преобразованная в Институт электросварки. Возглавил институт известный ученый в области строительства мостов, 
профессор Е.О. Патон, именем которого впоследствии назван институт. Одной из первых крупных работ института стала разработка в  1939  г. автоматической сварки под флюсом. Она позволила 
повысить производительность процесса сварки в  6–8  раз, улучшить качество соединения, существенно упростить труд сварщика, 
превратив его в оператора по управлению сварочной установкой. 
Эта работа института в 1941 г. получила Государственную премию. 
Огромную роль автоматическая сварка под флюсом сыграла в годы 

Введение
10
Великой Отечественной войны, впервые в  мире став основным 
способом соединения броневых листов толщиной до  45  мм при 
изготовлении танка Т-34 и до 120 мм при изготовлении танка ИС-2. 
В условиях дефицита квалифицированных сварщиков повышение 
производительности сварки за счет автоматизации позволило в сжатые сроки существенно увеличить производство танков.
Значительным достижением сварочной науки и техники стала 
разработка в 1949 г. принципиально нового способа сварки плавлением, получившей название электрошлаковой. Электрошлаковая 
сварка сыграла огромную роль в развитии тяжелого машиностроения, так как позволила сваривать металл очень большой толщины 
(больше 1 м).
В 1950-е гг. промышленностью освоен способ дуговой сварки 
в  среде углекислого газа, который стал одним из самых распространенных и по сей день применяется практически на всех машиностроительных предприятиях.
Активно идет развитие сварки и в последующие годы. С 1965 
по 1985 г. объем производства сварных конструкций в СССР возрос в 7,5 раза, парк сварочного оборудования — в 3,5 раза, выпуск 
инженеров-сварщиков  — в  5  раз. Сварка стала применяться для 
изготовления практически всех металлических конструкций, машин 
и  сооружений, полностью вытеснив клепку. Например, обычный 
легковой автомобиль имеет больше 5  тыс. сварных соединений. 
Трубопровод, по которому поставляется газ из Сибири в Европу, — 
также сварная конструкция, имеющая больше 5 тыс. километров 
сварных швов. Без сварки не возводится ни одно высотное здание, 
телебашня или атомный реактор.
В 1970–80-е гг. развиваются новые способы сварки и термической резки: электронно-лучевая, плазменная, лазерная. Эти способы 
вносят огромный вклад в развитие различных отраслей промышленности. Например, лазерная сварка позволяет качественно соединять мельчайшие детали (диаметром и толщиной 0,01...0,1 мм) 
в микроэлектронике. Качество обеспечивается за счет точной фокусировки монохроматического лазерного луча и времени сварки 
(10-6 с). Освоение лазерной сварки позволило создать серию новой элементной базы микроэлектроники, что в свою очередь дало 
возможность изготовить новые поколения цветных телевизоров, 
компьютеров, систем управления и навигации. Электронно-лучевая