焊接技術就是高溫或高壓條件下,使用焊接材料(焊條或焊絲)將兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)連接成壹個整體的操作方法,是通過加熱、加壓,或兩者並用,使同性或異性兩工件產生原子間結合的加工工藝和連接方式。焊接技術主要應用在金屬母材上,常用的有電弧焊、氬弧焊、CO2保護焊、氧氣—乙炔焊、激光焊接及電渣壓力焊等多種,塑料等非金屬材料亦可進行焊接。
焊接技術的發展歷史
焊接技術是隨著金屬的應用而出現的,古代的焊接方法主要是鑄焊、釬焊和鍛焊。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蜿蜒曲折,接合良好。春秋戰國時期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤龍,是分段釬焊連接而成的。經分析,與現代軟釬料成分相近。
熱能與熱學的應用戰國時期制造的刀劍,刀刃為鋼,刀背為熟鐵,壹般是經過加熱鍛焊而成的。據明朝宋應星所著《天工開物》壹書記載:中國古代將銅和鐵壹起入爐加熱,經鍛打制造刀、斧;用黃泥或篩細的陳舊壁土撒在接口上,分段煆焊大型船錨。中世紀,在敘利亞大馬士革也曾用鍛焊制造兵器。
古代焊接技術長期停留在鑄焊、鍛焊和釬焊的水平上,使用的熱源都是爐火,溫度低、能量不集中,無法用於大截面、長焊縫工件的焊接,只能用於制作裝飾品、簡單的工具和武器。
19世紀初,英國的戴維斯發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,焊接質量得到提高,使手工電弧焊進入實用階段。
在此期間,美國的諾布爾利用電弧電壓控制焊條送給速度,制成自動電弧焊機,成為焊接機械化、自動化的開端。1930年,美國的羅賓諾夫發明使用焊絲和焊劑的埋弧焊,焊接機械化得到進壹步發展。20世紀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世。
1951年,前蘇聯的巴頓電焊研究所創造的電渣焊,成為大厚度工件的高效焊接法。1953年,前蘇聯的柳巴夫斯基等人發明二氧化碳氣體保護焊,促進了氣體保護電弧焊的應用和發展,得以出現了混合氣體保護焊、藥芯焊絲氣渣聯合保護焊和自保護電弧焊等。
1957年美國的蓋奇發明等離子弧焊;20世紀40年代德國和法國發明的電子束焊,在50年代得到實用和進壹步發展;60年代等離子、電子束和激光焊接方法的出現,標誌著高能量密度熔焊的新發展,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。
其他的焊接技術還有1887年美國的湯普森發明的電阻焊,並用於薄板點焊和縫焊。縫焊是壓焊中最早的半機械化焊接方法,隨著縫焊過程的進行,工件被兩滾輪推送前進;20世紀20年代開始使用閃光對焊方法焊接棒材和鏈條。至此電阻焊進入實用階段。1956年,美國的瓊斯發明超聲波焊;前蘇聯的丘季科夫發明摩擦焊;1959年,美國斯坦福研究所研究成功爆炸焊;50年代末前蘇聯又制成真空擴散焊設備。
金屬藝術焊接
藝術創造與工藝方法永遠是密不可分的。作為壹種工業技術,焊接的出現迎合了金屬藝術發展對新的工藝手段的需要。而在另壹方面,金屬在焊接熱量作用下所產生的獨特美妙的變化也滿足了金屬藝術對新的藝術表現語言的需求。在今天的金屬藝術創作中,焊接可以而且正在被作為壹種獨特的藝術表現語言而著力加以表現。
金屬焊接藝術可以作為壹種相對獨立的藝術形式以分支的方式從傳統的金屬藝術中分離出來,這是因為:
首先,焊接具有藝術性。
焊接可以產生豐富的藝術表現語言。焊接通常是在高溫下進行的,而金屬在高溫下會產生許多美妙豐富的變化:金屬母材會發生顏色變化和熱變形(焊接熱影響區);焊絲熔化後會形成壹些漂亮的肌理;而焊接缺陷在焊接藝術中更是經常被應用。焊接缺陷是指焊接過程中,在焊接接頭產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。這是個十分有趣的現象。焊接的藝術性通常體現在壹些工業焊接的失敗操作之中,或者說蘊藏於壹些工業焊接極力避免的焊接缺陷之中。
其次,焊接的藝術語言是獨特的。上述種種焊接缺陷的表現形式以及焊接熱影響區,是通過壹定規範下的焊接操作形成的,也只有通過焊接的方式才會產生這些藝術語言。焊接藝術作品的表面效果是其他金屬加工工藝無法或者很難實現的,因而說焊接藝術具有獨特的藝術性。
選用不同的金屬材料,使用不同的焊接工藝,焊接的藝術性可以在不同的金屬藝術形式中發揮得淋漓盡致。
金屬焊接雕塑在焊接雕塑作品中,焊縫和割痕不是作為壹種技術加工的痕跡被動地存在,而是以壹種精彩的、不可或缺的表現語言著力地加以體現的。壹件焊接雕塑,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家優美的藝術語言……在很多情況下,由於焊接雕塑所追求的粗糙質樸風格,金屬的銹蝕、瑕疵也大多根據作品的需要特意保留,因此,在焊接雕塑中常常可以感覺到壹種非雕琢的、原始的美。
金屬焊接壁飾
如果把壹幅壁飾作品看成壹幅畫的話,畫面中的點、線、面,甚至黑、白、灰顏色的處理都可以通過焊接的方法來實現。各種型號、各種材質的金屬絲,應用不同的焊接工藝會在畫面上以不同的形式出現。不同金屬的顏色不同,不銹鋼為亮銀色,鋁材為亞銀色,碳鋼為烏亮色……而且就鋼材來說,不同的鋼材在高溫受熱時會出現不同的顏色變化,即焊接熱影響區不同。另外,切割也是焊接藝術壁飾創作的方法之壹,既可以與焊接結合使用,也可以單獨使用,這完全取決於創作者的創作意圖和對工藝與效果的掌握程度。
惰性氣體
惰性氣體是稀有氣體的別稱。稀有氣體是指由稀有元素氦、氖、氬、氪、氙、氡等的單個原子構成的氣體,其固態時都是分子晶體。稀有氣體的單質在常溫下為氣體,且除氬氣外,其余幾種在大氣中含量很少,故得名“稀有氣體”。
稀有氣體的化學性質很不活潑,所以過去人們曾認為他們與其他元素之間不會發生化學反應,稱之為“惰性氣體”。其實,惰性氣體也可以與其他物質發生反應,只是需要的條件比較苛刻。現在,人們已經采用人工方法合成了稀有氣體化合物。