1.1.1焊接技术发展历史-电子教材

《焊接技术发展历史》

1.1.1近代焊接技术的发展

1.古代焊接技术

我国是最早应用焊接技术的国家之一。根据考古发现，远在战国时期的一些金属制品，就已采用了焊接技术。从河南辉县玻璃阁战国墓中出土的文物证实，其殉葬铜器的本体、耳、足就是利用钎焊来联接的；在800多年前宋代科学家沈括所著的《梦溪笔谈》一书，就提到了焊接方法。其后，在明代科学家宋应星所著的《天工开物》一书中，对锻焊和钎焊技术也作了详细的叙述。古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊，中国商朝制造的铁刃铜钺，是铁与铜的铸焊件，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，所用钎料含铅58.48％、锡36.88％、铜0.23％、锌0.19％，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、锻焊和钎焊的水平上，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、简单的工具和武器。上述事实说明，我国是一个具有悠久的焊接历史的国家。

2.现代焊接技术

近代焊接技术的起点是从1800年汉弗莱·戴维发现了电弧放电现象。19世纪中叶人们提出了利用电弧熔化金属并进行材料连接的思想，许多年后真正出现了达到实用程度的电弧焊接方法。

（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电阻焊。

首例电阻焊要追溯到1856年。詹姆斯·焦耳（焦耳加热原理发明者）成功用电阻加热法对一捆铜丝进行了熔化焊接。

第1台电阻焊机用于对接焊。1886年，英国的汤普森造出了第1个焊接变压器并在来年为此项工艺申请了专利，该变压器在2V空载电压时能产生200A电流输出。此后，汤普森又发明了点焊机、缝焊机、凸焊机以及闪光对焊机，后来点焊成为电阻焊最常用的方法，如今已广泛应用于汽车工业和对其它许多金属片的焊接上。1964年，通用机器人生产的首批用于电阻点焊的机器人在通用汽车公司使用。

气焊

19世纪末，一种氧乙炔火焰的气焊在法国出现了。实验证明焊炬发出的火焰炙热，大约在

3100℃以上，后来焊炬成为了焊接切割钢时的重要工具。在英国的戴维斯发现当碳化物在水中分解时能产生一种可燃性气体之前就发现了乙炔气体，当乙炔燃烧时，其亮无比，这一点成为它的主要用途。

电弧焊

1810年，汉费莱·戴维在电路的两极造了一个稳定的电弧---电弧焊的基础。在1881年的巴黎“首届世界电器展”上，俄罗斯人别纳尔多斯展示了一种电弧焊的方法，他在碳极和工件间打出一个弧，填充金属棒或填充金属丝可以送进这个电弧并熔化。该专利展示了早期电极夹，参见图1-1-1，到19世纪末和20世纪上半叶，碳弧焊越来越流行。

图1-1-1碳极电弧焊钳

1881年法国人发明了最早期的碳弧焊机。最初可以称作电弧焊接的是1885年俄国人发明的碳弧焊，该方法以碳电极作为阳极产生电弧，被用在铁管及容器的制造及蒸汽机车的修理中。

瑞典人奥斯卡·卡尔伯格在1907～1914年间发明了带药皮或涂层的焊条，并于1912年开发出保护性能良好的厚涂层焊条，确立了焊条电弧焊技术的基础。从“利用电弧进行金属的熔焊接”这一新思想产生开始，经历了50多年的岁月，焊接技术的基础才得以确立。与当时使用的螺钉机械连接法相比，电弧焊接能够减少使用材料、确保连接强度、缩短作业时间，因此很快被产业界所采用，直至1920年，第一艘全焊接船体的Fulagar号汽船在英国下水，如图图1-1-2所示，美国用焊接工艺制造了一艘油轮。

图1-1-2全焊接结构船

由于焊条电弧焊采用了有限长度的焊条，所进行的焊接是不连续的，不能满足连续焊接的要求，为克服这个难点，1930年开发了埋弧焊。埋弧焊方法是向颗粒状焊剂中连续送进钢制焊

丝，电弧放电所需电流从导电嘴供给，这种电流供给方式成为现在自动焊的原形。如图1-1-3，美国人开发的全自动焊机

图1-1-31930年美国展示的一台自动焊机

（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。

20世纪40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，对电弧及焊接金属进行保护，使其同空气隔绝开，1930年后以美国为中心，把钨电极与氦气相结合，进行了隋性气体保护钨电极电弧（GasTunstenArc-GTA）焊接方法的研究。对于铝合金，由于表面氧化膜的存在，焊接困难。1945年前后发现了电弧放电的阴极具有去除氧化膜的作用，1948年发明了熔化极隋性气体保护电弧焊技术，随后出现了以铝合金为对象的交流GTA焊接法，在氩气保护气氛中采用铝焊丝的直流金属极（GasMetalArc）焊接法，即GMA焊接法。

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，英国焊接研究所（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。

如上所述，焊接技术是人们经过多年的反复探索、不断改进而建立起来的。到现在，由于其技术先进、经济效益高、可靠性好而为社会所接受，从桥梁、建筑、船舶、飞机、汽车等大型构造，到电子机械、电子封装等小型结构，焊接技术是不可缺少的。

表1焊接工艺发明者