Электродуговая и газовая сварка

УДК 621.791(075.32)
ББК 34.641я722
        Г22

Р е ц е н з е н т ы : цикловая комиссия специальных учебных дисциплин 
филиала «Индустриально-педагогический колледж» УО РИПО (А.И. Жариков); 
заведующий лабораторией синтеза технических систем государственного 
научного учреждения «Объединенный институт проблем информатики НАН 
Беларуси» доктор технических наук С.В. Медведев.

Выпуск издания осуществлен по заказу Республиканского института профессионального образования и при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или 
любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

ISBN 978-985-06-2770-4  
© Гаспарян В.Х., Денисов Л.С., 2013
 
© Гаспарян В.Х., Денисов Л.С., 2016
 
© Оформление. УП «Издательство 
 
“Вышэйшая школа”», 2016,
 
с изменениями

От авторов

Каждый день во всем мире сварщики зажигают электрическую дугу, чтобы творить и создавать новые и новые машины, 
сооружения, приборы, разнообразные изделия и все, что окружает 
человека для его жизнеобеспечения и развития цивилизации.
Во всех развитых странах с помощью сварки и родственных 
ей технологий выпускается 50–55% валовой продукции. Сегодня 
сварка является ведущим технологическим процессом и в обозримом будущем будет занимать лидирующее положение среди 
наукоемких технологических процессов наряду с литьем, штамповкой и др., обеспечивая высокую технологичность производственных процессов на предприятиях промышленности 
и машиностроения, энергетики, нефтехимии, строительства, 
в радиоэлектронной и приборостроительной отраслях и др.
Огромные объемы сварочных работ выполняются при изготовлении и ремонте жизненно важных объектов, различной 
техники, начиная от бытовой и кончая подводными и космическими аппаратами.
Сварка – это увлекательный процесс создания неразъемных 
соединений, различных по форме, составу материалов, технологическим процессам и эксплуатации. Сварные соединения 
окружают нас, с их помощью создается вся инфраструктура для 
обеспечения жизнедеятельности человека. Например, обычная 
легковая машина имеет от 10 до 12 тыс. сварных соединений, 
жилой 12-этажный дом – более 100 тыс. соединений.
От количества и качества соединений зависит прогресс 
и надежность экономики (качество жизни) любого государства. 
По данным мировой статистики, объемы сварочных работ ежегодно возрастают от 3 до 5%.
Распад бывшего Советского Союза с его мощной индустриальной базой, к сожалению, привел к упадку сварочные производства, и в первую очередь их технический уровень. Особенно 
это сказалось в тех республиках, где отсутствовали сварочная 
наука, производство сварочного оборудования, сварочных материалов и технологии. Сварка, вопреки своему высокому практическому значению, стала непрестижной. Низкий технический 
уровень и непрестижность привели к резкому снижению качества 
сварных соединений.

Сегодня самой важной задачей является возрождение престижности сварки и сварочных профессий, снижение ее энергоемкости, ресурсопотребления при повышении производительности за счет роботизации, качества и надежности соединений.
Для начального ознакомления и изучения основных способов сварки по решению Совета белорусских сварщиков выпускается серия учебных пособий. Каждое пособие последовательно раскрывает основные разделы сварочного производства 
от истории развития до новейших способов и процессов сварки, 
контроля качества сварки и системного управления сварочным 
производством и качеством.
Основная цель учебных пособий – дать возможность выпускникам школ, учащимся технических колледжей сварочных профессий самостоятельно изучать сварку, иметь полное представление о современном состоянии сварки и профессии сварщика.
Каждое пособие – это тематически законченный профессионально значимый материал. Форма   изложения материала 
построена таким образом, чтобы создать у читателя эмоционально-мотивационный эффект и активизировать познавательную деятельность в процессе изучения материала.
Данное учебное пособие может быть использовано как при 
подготовке электрогазосварщиков в профессионально-технических лицеях и колледжах, так и при повышении квалификации 
сварщиков на производстве, а также всеми интересующимися 
сваркой.

Введение

Профессия электрогазосварщика сравнительно молодая. Она 
появилась в конце XIX – начале XX в. и обязана рождением 
тому, что в промышленности начали использовать электрическую энергию, а ранее применяли ацетилен и кислород. Однако 
сварка как способ неразъемного соединения металлов и сплавов 
известна еще с VIII–V вв. до н.э.
В те далекие времена сваривались изделия из меди и ее 
сплавов. Изделия сильно разогревали, а потом сдавливали, и 
получалось сварное соединение, выполненное способом кузнечной сварки.
Возможна и другая технология кузнечной сварки, но всегда 
остается неизменным ее принцип – нагрев и затем усилие сжатия.
В конце XIX в. стал известен способ нагрева и плавления 
металла пламенем горючей газовой смеси до 3150–3200 °С. Развитию и практическому использованию этого способа нагрева 
металла способствовало изобретение французского инженера 
Э. Фуше первой сварочной ацетилено-кислородной горелки, на 
конструкцию которой он получил патент в Германии в 1903 г.
С начала XX в. газовая сварка стала конкурировать с клепкой. 
Клепка – это еще один способ получения неразъемных соединений, который появился в 1820 г., широко применялся в конце 
XIX – начале XX в. и сохранился, правда в очень незначительном 
объеме, до сих пор. Клепаные соединения долговечны, надежны 
в работе, но чрезвычайно трудоемки в изготовлении, требуют 
применения большой физической силы рабочего и затраты дополнительного количества металла. Поэтому постепенно инженеры и ученые начали искать замену этому виду соединения и 
технологическому процессу. Вот тут-то и пришел черед электрической сварки.
Электрические явления были известны еще в Древней Греции. 
Но начало широкого использования электрической энергии 
человеком можно отнести к середине XVIII в., после открытия 
в 1831 г. английским физиком М. Фарадеем явления электромагнитной индукции, что позволило начать разработку источников (генераторов) электрического тока и электродвигателей.
В 1802 г. профессор физики Санкт-Петербургской медикохирургической академии В.В. Петров собрал вольтов столб 

очень большого размера и на заседании научного общества 
впервые продемонстрировал явление дугового электрического 
разряда длительного действия – электрическую дугу.
Впервые в мире в 1881 г. в Петербурге русский инженер 
Н.Н. Бенардос (1842–1905) предложил способ соединения металлов непосредственным действием электрического тока – 
электрическую дуговую сварку металлов. Один из полюсов 
источника тока он присоединил к металлическому изделию, а 
другой – к стержню из прессованного угля (электроду). Между 
изделием и электродом вспыхивала электрическая дуга, тепло 
которой плавило кромки соединяемых частей изделия и специальную присадочную проволоку, подаваемую в зону дуги 
для получения необходимого количества расплавленного 
металла. Этот металл заполнял установленный зазор между 
соединяемыми частями изделия и, затвердевая при остывании, 
прочно соединял их.
В 1890–1891 гг. другой русский инженер Н.Г. Славянов 
(1854–1897) на Мотовилихинском заводе близ города Перми 
применил изобретение Н.Н. Бенардоса, внеся в него существенную поправку: чтобы избежать необходимости вводить 
в дугу дополнительный пруток проволоки, Н.Г. Славянов 
заменил угольный электрод металлическим. Последний стал 
выполнять одновременно две функции –  проводника электрического тока и источника получения дополнительного (присадочного) расплавленного металла. Это значительно упростило технологию электрической дуговой сварки металлов. Уже 
летом 1892 г. Н.Г. Славянов сваривает две части сломавшегося 
многопудового стального вала с парохода «Пушкарь», который 
после этого проработал еще 60 лет, намного пережив обоих 
родоначальников электрической сварки металлов – Н.Н. Бенардоса и Н.Г. Славянова.
В начале XIX в. электродуговая сварка выдержала конкуренцию с газовой сваркой – ацетилено-кислородным пламенем.
Победу над газовой сваркой электрическая сварка одержала 
после того, как в 1907 г. шведский инженер О. Къельберг применил специальное покрытие металлического электрода, которое, сгорая в столбе электрической дуги, выполняет стабилизирующие и защитные функции. Такие покрытия получают из 
тонкомолотых и тщательно перемешанных материалов, связанных жидким стеклом. Вещества, входящие в состав защитного 
покрытия, расплавляются в сварочной дуге, образуя шлак 
и газы, предохраняющие расплавленный металл от вредного 
воздействия кислорода и азота воздуха.

Ручная электродуговая сварка покрытыми металлическими 
электродами уже в 30-е гг. прошлого столетия занимает достойное место среди разнообразных технологических процессов в 
машиностроении и строительстве, особенно после организации 
академиком Е.О. Патоном в 1929 г. в Киеве лаборатории, а немного позднее – научно-исследовательского института электросварки. Это единственное в мире (в момент организации) учреждение постепенно стало общепризнанным центром почти 
всех сварочных идей, завоевав огромный международный авторитет, сохранившийся до настоящего времени.
Электрическая сварка сейчас – основной способ создания 
неразъемных соединений в машиностроении, строительстве, 
судостроении – одном из старейших отраслей промышленности. Сегодня она также успешно применяется в автомобилестроении, сельхозмашиностроении, коммунальном хозяйстве, 
пищевой промышленности, приборостроении, нефтехимии, 
радиоэлектронике и медицине.
Сварка многообразна не только по способам, но и условиям 
работы сварщика: он может работать под толщей воды и в космосе. Сварка в космосе отличается особой сложностью условий: вакуум, большая скорость диффузии газов, невесомость и 
большой интервал температур (от 130 до 150 °С). Однако все 
эти сложности были успешно преодолены, и впервые в мире 
16 октября 1969 г. советские летчики-космонавты В.Н. Кубасов 
и Г.С. Шонин на корабле «Союз-6» с использованием автоматической установки «Вулкан», сконструированной в институте 
электросварки им. академика Е.О. Патона, осуществили сварку 
в космосе.
Таким образом, сварка сегодня очень многолика, и, пожалуй, 
трудно найти такую отрасль народного хозяйства, где можно 
было бы обойтись без профессии сварщика.
Сварщик должен знать: устройство обслуживаемых электросварочных и плазморезательных машин, автоматизированных 
и робототизированных систем сварки, газосварочной аппаратуры; способы подбора типов электрода, видов сварки в зависимости от марок стали; основные технологические приемы сварки и наплавки деталей из различных сталей, чугуна, цветных 
металлов и сплавов; режимы резки и расхода газов при кислородной и газоэлектрической резке и т.д.
Сварщик должен уметь производить ручную дуговую, плазменную, газовую, механизированную и автоматическую сварку 
простых деталей, узлов и конструкций из конструкционных 

сталей, цветных металлов и сплавов, а также средней сложности деталей, узлов, конструкций и трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей.
Чтобы овладеть профессией сварщика, необходимы прочные 
знания по таким предметам, как электротехника, химия, физика, 
математика, черчение.
К этой профессии предъявляются следующие требования: 
сварщик должен обладать хорошим зрением; правильной координацией движений; высокой чувствительностью и твердостью 
рук; быть внимательным, аккуратным и осторожным.
При работе с данным пособием каждую новую тему необходимо изучать внимательно, об этом вам будет напоминать изображенный сварщик.
После изучения материала темы вы должны будете помочь 
«задумавшемуся» сварщику выполнить задание. По некоторым 
темам предлагается выполнить два-три задания. Задания носят 
двухкомпонентную структуру: в первую часть входят производственно-практические задания, во вторую – информационные и проблемно-поисковые вопросы.
Если вы сомневаетесь в правильности выполненного задания (первой ее части), то посмотрите в конце пособия «Ответы 
к заданиям для самоконтроля и самооценки знаний и умений».

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ, СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ 
И ШВАХ. ОБОРУДОВАНИЕ СВАРОЧНОГО ПОСТА 
ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Немного узнав об истории развития сварки, мы сейчас с вами приступаем к изучению основных понятий 
о сварке, ее классификации, определении сварного 
соединения, конструктивных элементов сварных соединений и т.д.

1.1. Определение сварки как технологического процесса. 
Преимущества сварки перед другими способами соединения 
деталей. Сущность сварки и ее классификация. Условия 
для образования сварных соединений из однородных металлов

Сварка заняла важное место в различных отраслях промышленности и строительства благодаря своим преимуществам перед 
другими способами соединений, например клепкой, литьем, ковкой и др. Важным преимуществом сварки является возможность 
при производстве изделия выбирать его наиболее рациональные 
конструкцию и форму. Сварка позволяет экономно использовать 
металл и значительно уменьшить отходы производства. Например, при замене клепаных конструкций сварными экономия материалов в среднем составляет 15–20%, а при замене литых – 
около 50%. Трудоемкость сварочных работ меньше, чем при 
клепке и литье. Исключаются такие работы, как разметка, сверловка отверстий, сложная формовка и др. Особенно ощутимо 
снижение трудоемкости при изготовлении крупногабаритных 
изделий: при замене литых корпусов и станин сварно-литыми,   
а штампованных изделий сложной формы – штампосварными, 
что в свою очередь снижает их себестоимость.
Сварные соединения по прочности, как правило, не уступают 
прочности того металла, из которого сделаны изделия. Особо 
следует подчеркнуть, что условия труда при сварке с точки зрения 
как гигиены, так и безопасности значительно лучше, чем при 
клепке и особенно при литье.
В сварочном производстве дальнейшая комплексная механизация и автоматизация сборочно-сварочных работ поточных 
и конвейерных линий, внедрение прогрессивных технологиче

ских процессов и оборудования будут способствовать повышению производительности труда, улучшению и стабилизации 
качества сварных соединений и конструкций, уменьшению 
расхода электроэнергии и сварочных материалов, улучшению 
условий труда.
Сваркой называется способ получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между 
свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, 
пластическом деформировании или при совместном действии 
того или другого.
Для реализации межатомного взаимодействия атомы следует 
приблизить на расстояние, равное параметру кристаллической 
решетки металла соединяемых деталей. В обычных условиях 
этому препятствуют различные неровности, имеющиеся на поверхности деталей, загрязнения окислами и т.д. Такое сближение достигается расплавлением кромок свариваемых деталей 
или их совместным пластическим деформированием посредством приложения давления. Таким образом, все виды сварки 
можно разделить на две основные группы: сварка плавлением 
и сварка давлением.
Сварка металлов классифицируется по физическим, техническим и технологическим признакам. По физическим признакам в зависимости от формы используемой энергии предусматриваются три класса сварки: термический, термомеханический 
и механический. Термический класс включает виды сварки с 
использованием тепловой энергии (дуговая, электрошлаковая, 
электронно-лучевая, плазменная, газовая и др.). Термомеханический класс объединяет виды сварки, при которых используются давление и тепловая энергия (контактная, диффузионная 
и различные прессовые виды). Механический класс включает 
виды сварки с использованием механической энергии и давления (сварка холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и др.).
Технические признаки различных видов сварки следующие:
 • по способу защиты металла в зоне сварки (в воздухе, в 
вакууме, в защитном газе, под флюсом, по флюсу, с комбинированной защитой и др.);
 • непрерывности процесса (непрерывные, прерывистые);
 • степени механизации (ручные, механизированные, автоматизированные, автоматические, робототехнические);
 • типу защитного газа (в активных газах, в инертных газах 
и их смесях);
 • характеру защиты металла в зоне сварки (в контролируемой 
атмосфере).