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什么是焊接?
1.焊接過(guò)程的物理本質(zhì)
焊接是兩種或兩種以上同種或異種材料通過(guò)原子或分子之間的結合和擴散連接成一體的工藝過(guò)程。
促使原子和分子之間產(chǎn)生結合和擴散的方法是加熱或加壓，或同時(shí)加熱又加壓。
2.焊接的分類(lèi)
金屬的焊接，按其工藝過(guò)程的特點(diǎn)分有熔焊，壓焊和釬焊三大類(lèi)。
熔焊是在焊接過(guò)程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時(shí)，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動(dòng)，冷卻后形成連續焊縫而將兩工件連接成為一體。
在熔焊過(guò)程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會(huì )氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進(jìn)入熔池，還會(huì )在隨后冷卻過(guò)程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。
為了提高焊接質(zhì)量，人們研究出了各種保護方法。例如，氣體保護電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護焊接時(shí)的電弧和熔池率；又如鋼材焊接時(shí)，在焊條藥皮中加入對氧親和力大的鈦鐵粉進(jìn)行脫氧，就可以保護焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進(jìn)入熔池，冷卻后獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。
壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現原子間結合，又稱(chēng)固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當電流通過(guò)兩工件的連接端時(shí)，該處因電阻很大而溫度上升，當加熱至塑性狀態(tài)時(shí)，在軸向壓力作用下連接成為一體。
各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過(guò)程中施加壓力而不加填充材料。多數壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒(méi)有熔化過(guò)程，因而沒(méi)有象熔焊那樣的有益合金元素燒損，和有害元素侵入焊縫的問(wèn)題，從而簡(jiǎn)化了焊接過(guò)程，也改善了焊接安全衛生條件。同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短，因而熱影響區小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優(yōu)質(zhì)接頭。
釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實(shí)現原子間的相互擴散，從而實(shí)現焊接的方法。
焊接時(shí)形成的連接兩個(gè)被連接體的接縫稱(chēng)為焊縫。焊縫的兩側在焊接時(shí)會(huì )受到焊接熱作用，而發(fā)生組織和性能變化，這一區域被稱(chēng)為熱影響區。焊接時(shí)因工件材料焊接材料、焊接電流等不同，焊后在焊縫和熱影響區可能產(chǎn)生過(guò)熱、脆化、淬硬或軟化現象，也使焊件性能下降，惡化焊接性。這就需要調整焊接條件，焊前對焊件接口處預熱、焊時(shí)保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。
另外，焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過(guò)程，焊接區由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應力，矯正焊接變形。
現代焊接技術(shù)已能焊出無(wú)內外缺陷的、機械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱(chēng)為焊接接頭，接頭處的強度除受焊縫質(zhì)量影響外，還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關(guān)。接頭的基本形式有對接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。
對接接頭焊縫的橫截面形狀，決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時(shí)，為了焊透而在接邊處開(kāi)出各種形狀的坡口，以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時(shí)，除保證焊透外還應考慮施焊方便，填充金屬量少，焊接變形小和坡口加工費用低等因素。
厚度不同的兩塊鋼板對接時(shí)，為避免截面急劇變化引起嚴重的應力集中，常把較厚的板邊逐漸削薄，達到兩接邊處等厚。對接接頭的靜強度和疲勞強度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯(lián)接，常優(yōu)先采用對接接頭的焊接。
搭接接頭的焊前準備工作簡(jiǎn)單，裝配方便，焊接變形和殘余應力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結構上時(shí)常采用。一般來(lái)說(shuō)，搭接接頭不適于在交變載荷、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件下工作。
采用丁字接頭和角接頭通常是由于結構上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點(diǎn)與搭接接頭的角焊縫相似。當焊縫與外力方向垂直時(shí)便成為正面角焊縫，這時(shí)焊縫表面形狀會(huì )引起不同程度的應力集中；焊透的角焊縫受力情況與對接接頭相似。
角接頭承載能力低，一般不單獨使用，只有在焊透時(shí)，或在內外均有角焊縫時(shí)才有所改善，多用于封閉形結構的拐角處。
焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對于交通運輸工具來(lái)說(shuō)可以減輕自重，節約能量。焊接的密封性好，適于制造各類(lèi)容器。發(fā)展聯(lián)合加工工藝，使焊接與鍛造、鑄造相結合，可以制成大型、經(jīng)濟合理的鑄焊結構和鍛焊結構，經(jīng)濟效益很高。采用焊接工藝能有效利用材料，焊接結構可以在不同部位采用不同性能的材料，充分發(fā)揮各種材料的特長(cháng)，達到經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)。焊接已成為現代工業(yè)中一種不可缺少，而且日益重要的加工工藝方法。
在近代的金屬加工中，焊接比鑄造、鍛壓工藝發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快。焊接結構的重量約占鋼材產(chǎn)量的45%，鋁和鋁合金焊接結構的比重也不斷增加。
未來(lái)的焊接工藝，一方面要研制新的焊接方法、焊接設備和焊接材料，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性，如改進(jìn)現有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源；運用電子技術(shù)和控制技術(shù)，改善電弧的工藝性能，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。
另一方面要提高焊接機械化和自動(dòng)化水平，如焊機實(shí)現程序控制、數字控制；研制從準備工序、焊接到質(zhì)量監控全部過(guò)程自動(dòng)化的專(zhuān)用焊機；在自動(dòng)焊接生產(chǎn)線(xiàn)上，推廣、擴大數控的焊接機械手和焊接機器人，可以提高焊接生產(chǎn)水平，改善焊接衛生安全條件。
焊接工藝的發(fā)展歷史
焊接技術(shù)是隨著(zhù)銅鐵等金屬的冶煉生產(chǎn)、各種熱源的應用而出現的。古代的焊接方法主要是鑄焊、釬焊、鍛焊、鉚焊。中國商朝制造的鐵刃銅鉞，就是鐵與銅的鑄焊件，其表面銅與鐵的熔合線(xiàn)婉蜒曲折，接合良好。
春秋戰國時(shí)期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤(pán)龍，是分段釬焊連接而成的。經(jīng)分析，所用的與現代軟釬料成分相近。戰國時(shí)期制造的刀劍，刀刃為鋼，刀背為熟鐵，一般是經(jīng)過(guò)加熱鍛焊而成的。據明朝宋應星所著(zhù)《天工開(kāi)物》一書(shū)記載：中國古代將銅和鐵一起入爐加熱，經(jīng)鍛打制造刀、斧；用黃泥或篩細的陳久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船錨。中世紀，在敘利亞大馬士革也曾用鍛焊制造兵器。
古代焊接技術(shù)長(cháng)期停留在鑄焊、鍛焊、釬焊和鉚焊的水平上，使用的熱源都是爐火，溫度低、能量不集中，無(wú)法用于大截面、長(cháng)焊縫工件的焊接，只能用以制作裝飾品、簡(jiǎn)單的工具、生活器具和武器。19世紀初，英國的戴維斯發(fā)現電弧和氧乙炔焰兩種能局部熔化金屬的高溫熱源；1885～1887年，俄國的別納爾多斯發(fā)明碳極電弧焊鉗；1900年又出現了鋁熱焊。
20世紀初，碳極電弧焊和氣焊得到應用，同時(shí)還出現了薄藥皮焊條電弧焊，電弧比較穩定，焊接熔池受到熔渣保護，焊接質(zhì)量得到提高，使手工電弧焊進(jìn)入實(shí)用階段，電弧焊從20年代起成為一種重要的焊接方法。也成為現代焊接工藝的發(fā)展開(kāi)端。在此期間，美國的諾布爾利用電弧電壓控制焊條送給速度，制成自動(dòng)電弧焊機，從而成為焊接機械化、自動(dòng)化的開(kāi)端。1930年美國的羅賓諾夫發(fā)明使用焊絲和焊劑的埋弧焊，焊接機械化得到進(jìn)一步發(fā)展。40年代，為適應鋁、鎂合金和合金鋼焊接的需要，鎢極和熔化極惰性氣體保護焊相繼問(wèn)世。
1951年蘇聯(lián)的巴頓電焊研究所創(chuàng )造電渣焊，成為大厚度工件的高效焊接法。1953年，蘇聯(lián)的柳巴夫斯基等人發(fā)明二氧化碳氣體保護焊，促進(jìn)了氣體保護電弧焊的應用和發(fā)展，如出現了混合氣體保護焊、藥芯焊絲氣渣聯(lián)合保護焊和自保護電弧焊等。1957年美國的蓋奇發(fā)明等離子弧焊；40年代德國和法國發(fā)明的電子束焊，也在50年代得到實(shí)用和進(jìn)一步發(fā)展；60年代又出現激光焊等離子、電子束和激光焊接方法的出現，標志著(zhù)高能量密度熔焊的新發(fā)展，大大改善了材料的焊接性，使許多難以用其他方法焊接的材料和結構得以焊接。
其他的焊接技術(shù)還有1887年，美國的湯普森發(fā)明電阻焊，并用于薄板的點(diǎn)焊和縫焊；縫焊是壓焊中最早的半機械化焊接方法，隨著(zhù)縫焊過(guò)程的進(jìn)行，工件被兩滾輪推送前進(jìn)；二十世紀世紀20年代開(kāi)始使用閃光對焊方法焊接棒材和鏈條。至此電阻焊進(jìn)入實(shí)用階段。1956年，美國的瓊斯發(fā)明超聲波焊；蘇聯(lián)的丘季科夫發(fā)明摩擦焊；1959年，美國斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50年代末蘇聯(lián)又制成真空擴散焊設備。
焊接-工業(yè)藝術(shù)
焊接的出現迎合了金屬藝術(shù)發(fā)展對新工藝手段的需要。而在另一方面，金屬在焊接熱量作用下所產(chǎn)生的獨特美妙的變化也滿(mǎn)足了金屬藝術(shù)對新的藝術(shù)表現語(yǔ)言的需求。在今天的金屬藝術(shù)創(chuàng )作中，焊接可以而且正在被作為一種獨特的藝術(shù)表現語(yǔ)言而著(zhù)力加以表現。本文對這一技術(shù)的出現與運用進(jìn)行了分析。
藝術(shù)創(chuàng )造與工藝方法永遠是密不可分的。作為一種工業(yè)技術(shù)，焊接的出現迎合了金屬藝術(shù)發(fā)展對新的工藝手段的需要。而在另一方面，金屬在焊接熱量作用下所產(chǎn)生的獨特美妙的變化也滿(mǎn)足了金屬藝術(shù)對新的藝術(shù)表現語(yǔ)言的需求。在今天的金屬藝術(shù)創(chuàng )作中，焊接可以而且正在被作為一種獨特的藝術(shù)表現語(yǔ)言而著(zhù)力加以表現。金屬焊接藝術(shù)可以作為一種相對獨立的藝術(shù)形式以分支的方式從傳統的金屬藝術(shù)中分離出來(lái)，這是因為焊接具有藝術(shù)性。
焊接可以產(chǎn)生豐富的藝術(shù)創(chuàng )作的表現語(yǔ)言。焊接通常是在高溫下進(jìn)行的，而金屬在高溫下會(huì )產(chǎn)生許多美妙豐富的變化。金屬母材會(huì )發(fā)生顏色變化和熱變形（即焊接熱影響區） ；焊絲熔化后會(huì )形成一些漂亮的肌理；而焊接缺陷在焊接藝術(shù)中更是經(jīng)常被應用。焊接缺陷是指焊接過(guò)程中，在焊接接頭產(chǎn)生的不符合設計或工藝要求的缺陷。其表現形式主要有焊接裂紋、氣孔、咬邊、未焊透、未熔合、夾渣、焊瘤、塌陷、凹坑、燒穿、夾雜等。這是個(gè)十分有趣的現象 :焊接的藝術(shù)性通常體現在一些工業(yè)焊接的失敗操作之中，或者說(shuō)蘊藏于一些工業(yè)焊接極力避免的焊接缺陷之中。其次，焊接藝術(shù)語(yǔ)言是獨特的。選用不同的金屬材料，使用不同的焊接工藝，焊接的藝術(shù)性可以在不同的金屬藝術(shù)形式中發(fā)揮得淋漓盡致。
在焊接雕塑作品中，焊縫和割痕不是作為一種技術(shù)加工的痕跡被動(dòng)地存在，而是以一種精彩的、不可或缺的表現語(yǔ)言著(zhù)力地加以體現的。一件焊接雕塑，粗的焊縫裸露在雕塑表面，各種不規則的切割痕跡也變成了藝術(shù)家優(yōu)美的藝術(shù)語(yǔ)言在很多情況下，由于焊接雕塑所追求的粗糙質(zhì)樸的風(fēng)格，金屬的銹蝕、瑕疵也大多根據作品的需要特意保留，因此，在焊接雕塑中常?？梢愿杏X(jué)到一種非雕琢的、原始的美。
