焊接的发展史.doc

焊接技术可以追溯到几千年前的青铜器时代,在人类早期工具制造中,无论是中国还是当时的埃及等文明地区,都能看到焊接技术的雏形。古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝（公元前1600年—公元前1046年）制造的铁刃铜钺就是铁和铜的铸焊件,其表面铜与铁的熔合线蜿蜒曲折,接合良好。春秋战国时期（公元前770年—公元前221年）曾侯乙墓中的建鼓铜座上的盘龙是分段钎焊连接而成的,与现代软钎料成分相近。战国时期制造的刀剑一般是加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著《天工开物》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,分段锻焊大型船锚。在古埃及和地中海地区,公元前1000年人们就已经能够通过搭接的方法制造金盒及铁质工具。到中世纪（约公元476年—公元1453年）,早叙利亚大马士革曾用锻焊方法打造兵器。但古代焊接技术长期停留在较原始的水平,使用的热源都是炉火,温度低、能源不集中,无法用于大截面、长焊缝工件的焊件,只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。近代真正意义上的焊接技术起源于1880年左右电弧焊方法的问世[6]。表1.1列出了现代焊接史上重要方法和技术的出现时间、发明人及所属国家。

表1.1主要焊接方法的发明时间、发明人及所属国家[6]

注：表中的发明时间以焊接方法首次具有工业实现意义为起点,而非该方法的原理初次被发现。

纵观现代焊接方法和技术发展史,与其工业革命的发展息息相关,可根据方法的起源时间,将其归纳为两个重要的发展阶段。

（1）起源于19世纪70年代的第二次工业革命,这一阶段的重要标志是电力的发展和应用。工业应用最为广泛的电弧焊、电阻焊方法正是起源于这一阶段。虽然目前工业上使用的这两类焊接方法已有了很大进步,但不容置疑的是这一阶段奠定了焊接技术发展的第一块基石。

在1881年的巴黎“首次世界电器展”上,法国Cabot 实验室的学生,俄罗斯人Nikolai Benardos在碳极和工件引弧,填充金属棒使其熔化,首次展示了电弧焊的方法。1890年,Benardos用金属棒代替碳棒作为电极并获得专利。但瑞典人Oscar Kjellberg在使用该方法修理船上的蒸汽锅炉时注意到,焊接金属上到处是气孔和小缝,焊缝不能隔绝空气,根本不可能让焊缝防水。为了改善方法,他发明了涂层焊条,,于1907年6月29日获得专利（瑞典专利号27152）,大大改善了焊接质量,是手工电弧焊进入了实用阶段。随后,美国的诺布尔里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。在电弧焊的基础上,能产生更集中、更炙热能源的等离子焊接也被发明,利用它可以提高焊接速度,减少线能量。在随后的发展中,电弧焊方法得到不断创新和改进。1930年美国的罗宾洛夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊,焊机机械化得到进一步的发展。20世纪四十年代,在第二次世界大战期间,为适应航空界铝、镁合金的合金钢焊接的需要,钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。1953年,苏联的Lyubavskii和Novoshilov发明二氧化碳气体保护焊,促进了气体保护焊的应用和发展。随后如混合气体保护焊、药芯焊丝气体保护焊和自保护焊也相继诞生。

首例电阻焊要追溯到1856年。James Joule 成功效电阻加热法对一捆铜丝进行了熔化焊接。1887年,电阻焊被美国的汤姆森发明,并且应用于薄板的缝焊以及点焊；20世纪20年代由于闪光对焊方法焊接棒材和链条的出现,电阻焊真正进入了实用阶段,。1964年Unimation生产的首批用于电阻点焊的机器人在通用汽车公司使用。

在此阶段,人们还发明了氧炔焊和铝热焊,作为早期电力技术不成熟时重要的焊接方法,目前上述方法在特定场合仍得到应用和发展。大约1900年,Edmund Fouche 和Charles Picard造出了第一支焊炬,目前仍在铁路轨道等的焊接上得到应用。

（2）第二个重要发展阶段出现在20世纪四五十年代的第三次工业革命,这阶段在能源、微电子技术、航天技术等领域取得重大突破,推动了焊接技术的发展,1950年后成为又一次焊接方法迅速发展的时期,在这个阶段各个国家的焊接工作者开发了不少崭新的焊接方法。

1951年苏联的巴顿电焊研究院发明电渣焊,成为大厚度工件的高效焊接方法。1957年美国的盖奇发明了等离子弧焊；20世纪40年代德国和法国科学家发明的电子束焊,也在20世纪50年代得到了应用和进一步发展；20世纪60年代又出现了激光焊。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,使得许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。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,美国斯坦福研究所成功研究出爆炸焊；20世纪50年代末苏联又研制出真空扩散焊设备。

1991年,TWI获得搅拌摩擦焊专利权。这种焊接方法对轻合金和适用,不用熔化就能接合并形成高质量焊缝。该工艺不使用耗材,能源消耗少,是20世纪最重要的焊接创新之一。到此为止,目前使用的大多数焊接工艺都已发明[6]。

1.5我国焊接行业的发展及现状

我国焊接技术的真早发展开始于解放后,1955年左右,在当时苏联专家的帮助下,经过第一批留苏人员的艰苦努力,我国开始建立自己的焊接专业,培养焊接人才,这标志着我国焊接事业的真正起步。而我国焊接专业的快速发展,还是改革开放后,在经济腾飞和工业发展的巨大推动力下获得的。目前,经过焊接工作者的努力,基本掌握了各项先进的焊接生产技术,并将其应用于工业生产中,极大地推动了我国经济的快速发展。

1.5.1焊接技术在国民工业上的应用级技术水平现状

我国在实行改革开放政策以来,在大型焊接钢结构的开发与应用方面创造了1949年以来的最高水平,有的已经成为世界第一。例如国家大剧院、大吨位原

油船舶、核电站反应器、神舟飞船的返回舱、长江大桥等。世界关注的长江三峡水利工程,其水电站的水轮机转轮直径10.7m,高5.4m,重达440t,成为世界最大、最重的不锈钢焊接转轮。这些焊接技术在国民工业的成功应用,也说明了我国焊接制造技术已经得到很大发展,得到世界的瞩目。大量先进技术在我国航空航天、电子工业、交通运输、大型工程及设备等行业的应用,使我国的焊接技术得到突飞猛进的发展。为了完成诸多的重要焊接任务,我国先后自行研制、开发和引进了一些先进的焊接设备、技术和材料。目前国际上在生产中已经采用的成熟焊接方法与装备在我国也都有所应用。我国制造企业通过消化吸收,已经掌握了先进的焊接技术和焊接方法（其中不乏一些特种焊接技术）,并在应用的过程中创新发展,诸如电子束焊接、搅拌摩擦焊、激光焊接、单丝或双丝窄间隙埋弧焊、水射流切割、4丝高速埋弧焊、等离子焊接、精细等离子切割、焊接柔性生产线、STT焊接热源、变极性焊接热源和全数字化焊接电源等先进的焊接技术和设备。

虽然我国焊接工作者积极努力追赶国际先进水平,但是也该认识到,我国在焊接方法和工艺的原始创新上,要赶上世界先进水平还有一段很长的

路要走。因此,需要加强新的焊接共性技术的研究与开发。在新焊接技术的研发与推广应用、新型热源在焊接方法上的应用、高效优质自动化焊接