大连焊接简介

19世纪末之前，唯一的焊接工艺是铁匠沿用了数百年的金属锻焊。最早的现代焊接技术出现在19世纪末，先是弧焊和氧燃气焊，稍后出现了电阻焊。

20世纪早期，第一次世界大战和第二次世界大战中对军用设备的需求量很大，与之相应的廉价可靠的金属连接工艺受到重视，进而促进了焊接技术的发展。战后，先后出现了几种现代焊接技术，包括目前最流行的手工电弧焊、以及诸如熔化极气体保护电弧焊、埋弧焊(潜弧焊)、药芯焊丝电弧焊和电渣焊这样的自动或半自动焊接技术。

20世纪下半叶，焊接技术的发展日新月异，激光焊接和电子束焊接被开发出来。今天，焊接机器人在工业生产中得到了广泛的应用。研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，并进一步提高焊接质量。

金属连接的历史可以追溯到数千年前，早期的焊接技术见于青铜时代和铁器时代的欧洲和中东。数千年前的古巴比伦两河文明已开始使用软钎焊技术。公元前340年，在制造重达5.4吨的古印度德里铁柱时，人们就采用了焊接技术 。

中世纪的铁匠通过不断锻打红热状态的金属使其连接，该工艺被称为锻焊。维纳重·比林格塞奥于1540年出版的《火焰学》一书记述了锻焊技术。欧洲文艺复兴时期的工匠已经很好地掌握了锻焊，接下来的几个世纪中，锻焊技术不断改进。到19世纪时，焊接技术的发展突飞猛进，其风貌大为改观。1800年，汉弗里·戴维爵士发现了电弧；稍后随着俄国科学家尼库莱·斯拉夫耶诺夫与美国科学家C·L·哥芬（C. L. Coffin）发明的金属电极推动了电弧焊工艺的成型。电弧焊与后来开发的采用碳质电极的碳弧焊，在工业生产上得到广泛应用。1900年左右，A·P·斯特罗加诺夫在英国开发出可以提供更稳定电弧的金属包敷层碳电极；1919年，C·J·霍尔斯拉格（C. J. Holslag）首次将交流电用于焊接，但这一技术直到十年后才得到广泛应用。

电阻焊在19世纪的最后十年间被开发出来，第一份关于电阻焊的专利是伊莱休·汤姆森于1885年申请的，他在接下来的15年中不断地改进这一技术。铝热焊接和可燃气焊接发明于1893年。埃德蒙·戴维于1836年发现了乙炔，到1900年左右，由于一种新型气炬的出现，可燃气焊接开始得到广泛的应用。由于廉价和良好的移动性，可燃气焊接在一开始就成为最受欢迎的焊接技术之一。但是随着20世纪之中，工程师们对电极表面金属敷盖技术的持续改进（即助焊剂的发展），新型电极可以提供更加稳定的电弧，并能够有效地隔离基底金属与杂质，电弧焊因此能够逐渐取代可燃气焊接，成为使用最广泛的工业焊接技术。

第一次世界大战使得对焊接的需求激增，各国都在积极研究新型的焊接技术。英国主要采用弧焊，他们制造了第一艘全焊接船体的船舶弗拉戈号。大战期间，弧焊亦首次应用在飞机制造上，如许多德国飞机的机体就是通过这种方式制造的。 另外值得注意的是，世界上第一座全焊接公路桥于1929年在波兰沃夫其附近的Słudwia Maurzyce河上建成，该大桥是由华沙工业学院的斯特藩·布莱林（Stefan Bryła）于1927年设计的。

1920年代，焊接技术获得重大突破。1920年出现了自动焊接，通过自动送丝装置来保证电弧的连贯性。保护气体在这一时期得到了广泛的重视。因为在焊接过程中，处于高温状态下的金属会与大气中的氧气和氮气发生化学反应，因此产生的空泡和化合物将影响接头的强度。解决方法是，使用氢气、氩气、氦气来隔绝熔池和大气。接下来的10年中，焊接技术的进一步发展使得诸如铝和镁这样的活性金属也能焊接。1930年代至第二次世界大战期间，自动焊、交流电和活性剂的引入大大促进了弧焊的发展。

20世纪中叶，科学家及工程师们发明了多种新型焊接技术。 1930年发明的螺柱焊接（植钉焊），很快就在造船业和建筑业中广泛使用。同年发明的埋弧焊，直到今天还很流行。钨极气体保护电弧焊在经过几十年的发展后，终于在1941年得以最终完善。随后在1948年，熔化极气体保护电弧焊使得有色金属的快速焊接成为可能，但这一技术需要消耗大量昂贵的保护气体。采用消耗性焊条作为电极的手工电弧焊是在1950年代发展起来的，并迅速成为最流行的金属弧焊技术。 1957年，药芯焊丝电弧焊首次出现，它采用的自保护焊丝电极可用于自动化焊接，大大提高了焊接速度。同一年，等离子弧焊发明。电渣焊发明于1958年，气电焊则于1961年发明。

焊接技术在近年来的发展包括：1958年的电子束焊接能够加热面积很小的区域，使得深处和狭长形工件的焊接成为可能。其后激光焊接于1960年发明，在其后的几十年岁月中，它被证明是最有效的高速自动焊接技术。不过，电子束焊与激光焊两种技术由于其所需配备价格高昂，其应用范围受到限制。 ^[1]

焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程.

促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或同时加热又加压.

金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类.

在熔焊的过程中，如果大气与高温的熔池直接接触的话，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。

为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。

各种压焊方法的共同特点，是在焊接过程中施加压力，而不加填充材料。多数压焊方法，如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有像熔焊那样的，有益合金元素烧损和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。

焊接时形成的，连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时，会受到焊接热作用，而发生了组织和性能变化，这一区域被称作为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等方面的不同。恶化焊接性这就需要调整焊接的条件，焊前对焊件接口处的预热、焊时保温和焊后热处理，可以改善焊件的焊接质量。

另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。

现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接（正交接)和角接等。

对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。

厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。

搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。

采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中；焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。

角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。

焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。

在近代的金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。焊接结构的重量约占钢材产量的45%，铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。

未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。

另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。

焊接技术是随着铜铁等金属的冶炼生产、各种热源的应用而出现的。古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊、锻焊、铆焊。公元前2500年前古巴比伦人和印度河文明对铜铁金属的热加工和冷加工都已达到较高的水平，能用锻焊、铸焊等焊接法制造金属器具，并刻有文字。这时代表性的文化是哈拉帕文化。

中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎料成分相近。战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著《天工开物》一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。

古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊、钎焊和铆焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具、生活器具和武器。

19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；1885～1887年，俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。

20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。也成为现代焊接工艺的发展开端。在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。

1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法。1953年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。1957年美国的盖奇发明等离子弧焊；40年代德国和法国发明的电子束焊，也在50年代得到实用和进一步发展；60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。

其他的焊接技术还有1887年，美国的汤普森发明电阻焊，并用于薄板的点焊和缝焊；缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法，随着缝焊过程的进行，工件被两滚轮推送前进；二十世纪世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956年，美国的琼斯发明超声波焊；苏联的丘季科夫发明摩擦焊；1959年，美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50年代末苏联又制成真空扩散焊设备。

焊接技术的发展趋势 1、提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力

提高生产率的途径有二：第一提高焊接熔敷率，例如三丝埋弧焊，其工艺参数分别为220A/33V、1400A40V、1100A45V。采用坡口断面小，背后设置挡板或衬垫，50~60mm的钢板可一次焊透成形，焊接速度可达到，0.4m/min以上，其熔敷率与焊条电弧焊相比在100倍以上，第二个途径则是减少坡口断面及金属熔敷，最突出的成就就是窄间隙焊接。窄间隙焊接采用气体保护焊为基础，利用单丝、双丝、三丝进行焊接，无论接头厚度如何，均可采用对接形式，例如钢板厚度为50~300mm，间隙均可设计为13mm左右，因此所需熔敷金属量成数倍、数十倍的地降低，从而大大提高生产率。窄间焊接的主要技术关键是看如何保证两侧熔透和保证电弧中心自动跟踪并处于坡口中心线上，为此，世界各国开发出多种不同的方案，因而出现了多种窄间隙焊接法。

电子束焊，等离子焊，激光焊时，可采用对接接头，且不用开坡口，因此是更理想的间窄隙焊接法，这也是它广泛受到重视的原因之一。

最新开发成功的激光电弧复合焊接方法可以提高焊接速度，如5mm的钢板或铝板，焊接速度可达2~3m/min，获得好的成形和质量，焊接变形小。

2、提高准备车间的机械化，自动化水平是当前世界先进工业国家的重点发展方向。

为了提高焊接结构的生产效率和质量，仅仅从焊接工艺着手有一定的局限性，因而世界各国特别重视车间的技术改造。准备车间的主要工序包括材料运输，材料表面去油，喷砂，涂保护漆；钢板划线，切割，开坡口；部件组装及点固。以上工序在现代化的工厂中均已采用机械化、自动化。其优点不仅是提高了产品的生产率，更重要的是提高了产品的质量。

3、焊接过程自动化，智能化是提高焊接质量稳定性，解决恶劣劳动条件的重要方向。

4、新兴工业的发展不断推动焊接技术的前进。

焊接技术自发明至今已有百多年历史，它几乎可以满足当前工业中一切重要产品生产制造的需要。但是新兴工业的发展仍然迫使焊接技术不断前进。微电子工业的发展促进微型连接工艺的和设备的发展；又如陶瓷材料和复合材料的发展促进了真空钎焊、真空扩散焊。宇航技术的发展也将促进空间焊接技术的发展。

5、热源的研究与开发是推动焊接工艺发展的根本动力。

焊接工艺几乎运用了世界上一切可以利用的热源，其中包括火焰、电弧、电阻、超声波、摩擦、等离子、电子束、激光束、微波等等（我司主要以弧焊、电阻焊自动化焊接设备为主），历史上每一种热源的出现，都伴有新的焊接工艺的出现。但是，至今焊接热源的开发与研究并未终止。

6、节能技术是普遍关注的问题

众所周知，焊接消耗能量甚大，以焊条电弧焊为例，每台约10KVA，埋弧焊机每台90KVA，电阻焊机可高达上千KVA，不少新技术的出现就是为了实现这一节能目标。在电阻点焊中，利用电子技术的发展，将交流点焊机改成次级整流点焊机，可以提高焊机的功率因素，减少焊机容量，1000KVA的点焊机可以降低至200KVA,而仍能达到同样的焊接效果。逆变焊机的出现是另外一个成功的例子，它可以减少焊机的重量，提高焊机的功率因率的控制性能，已广泛应用于生产。

焊接技术主要应用在金属母材上，常用的有电弧焊，氩弧焊，CO2保护焊，氧气-乙炔焊，激光焊接，电渣压力焊等多种，塑料等非金属材料亦可进行焊接。金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。

熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。

压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。

钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。

焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。 ^[2]

焊接的出现迎合了金属艺术发展对新工艺手段的需要。

艺术创造与工艺方法，永远是密不可分的。作为一种工业技术，焊接的出现，迎合了金属艺术发展对新的工艺手段的需要。而在另一方面，金属在焊接热量作用下，所产生的独特美妙的变化，也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中，焊接正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。金属焊接艺术，可以作为一种相对独立的艺术形式，以分支的方式从传统的金属艺术中分离出来，这是因为焊接具有艺术性。

焊接，可以产生丰富的艺术创作的表现语言。焊接通常是在高温下进行的，而金属在高温下，会产生许多美妙丰富的变化。金属母材会发生颜色变化和热变形（即焊接热影响区) ；焊丝熔化后会形成一些漂亮的肌理；而焊接缺陷在焊接艺术中更是经常被应用。焊接缺陷是指焊接过程中，在焊接接头产生的不符合设计或工艺要求的缺陷。其表现形式主要有焊接裂纹、气孔、咬边、未焊透、未熔合、夹渣、焊瘤、塌陷、凹坑、烧穿、夹杂等这是个十分有趣的现象 ：在今天的金属艺术创作中，焊接的艺术性通常体现在一些工业焊接的失败操作之中，或者说蕴藏于一些工业焊接极力避免的焊接缺陷之中。其次，焊接艺术语言是独特的。

一件焊接雕塑，粗的焊缝裸露在雕塑表面，各种不规则的切割痕迹也变成了艺术家优美的艺术语言在很多情况下，由于焊接雕塑所追求的粗糙质朴的风格，金属的锈蚀、瑕疵也大多根据作品的需要特意保留，因此，在焊接雕塑中常常可以感觉到一种非雕琢的、原始的美。

雕塑下部的钢板拼接处的焊缝很粗大，从焊接工艺的牢固性来看，这显然不仅仅是出于对雕塑结实程度的考虑，在这件雕塑中，下部几条扭曲的焊缝已经作为雕塑整体审美的一个重要因素而成为其不可缺少的一部分。从雕塑整体来看，不论是上半部分的文字造型，还是下半部分的肌理处理，到处有扭曲的焊接痕迹的出现，整个作品达到了整体视觉语言的统一。手工等离子切割的方法，利用切割时电流产生的热量，使切割的边缘产生热影响区，这样的话就给亮白色的不锈钢“染”上了一圈略带渐变的色彩了。同时，通过对焊接的规范的调节，割枪喷出的强烈气流，会在切割钢板熔化的瞬间，在切割边缘“吹”起一圈随机形成的肌理。这种随机效果的形成过程，带有一定的偶然性，但又是在一定的焊接规范下，必然产生的现象。从尺寸的角度考虑，尺寸较大的焊接艺术壁饰，可采用半自动CO2气体保护焊，较小的可采用手工钨极氩弧焊。

如果把一幅壁饰作品，看成一幅画的话，画面中的点、线、面、黑、白、灰甚至颜色的处理，都可以通过焊接的方法来实现。各种型号、各种材质的金属丝，应用不同的焊接工艺，会在画面上以不同的形式出现。不同金属的颜色不同，不锈钢的亮银色、铝材的亚银色、碳钢的乌亮色，钛钢、青铜、紫铜、黄铜而且就钢材来说，不同的钢材，在高温受热时，会出现不同的颜色变化，即焊接热影响区的不同。另外，切割也是焊接艺术壁饰创作的方法之一，既可以与焊接结合使用，也可以单独使用，这完全取决于创作者的创作意图，和对工艺与效果的掌握程度。以上所述的这些方法综合起来，变化的丰富可想而知。