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第31章 焊接技术与焊接艺术

焊接技术就是高温或高压条件下,使用焊接材料(焊条或焊丝)将两块或两块以上的母材(待焊接的工件)连接成一个整体的操作方法,是通过加热、加压,或两者并用,使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和连接方式。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、激光焊接及电渣压力焊等多种,塑料等非金属材料亦可进行焊接。

焊接技术的发展历史

焊接技术是随着金属的应用而出现的,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,就是铁与铜的铸焊件,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,与现代软钎料成分相近。

热能与热学的应用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;用黄泥或筛细的陈旧壁土撒在接口上,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,只能用于制作装饰品、简单的工具和武器。

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。

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,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。20世纪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,前苏联的巴顿电焊研究所创造的电渣焊,成为大厚度工件的高效焊接法。1953年,前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,得以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;20世纪40年代德国和法国发明的电子束焊,在50年代得到实用和进一步发展;60年代等离子、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的电阻焊,并用于薄板点焊和缝焊。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;20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;前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年代末前苏联又制成真空扩散焊设备。

金属艺术焊接

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,焊接可以而且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:

首先,焊接具有艺术性。

焊接可以产生丰富的艺术表现语言。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(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。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,焊接的艺术语言是独特的。上述种种焊接缺陷的表现形式以及焊接热影响区,是通过一定规范下的焊接操作形成的,也只有通过焊接的方式才会产生这些艺术语言。焊接艺术作品的表面效果是其他金属加工工艺无法或者很难实现的,因而说焊接艺术具有独特的艺术性。

选用不同的金属材料,使用不同的焊接工艺,焊接的艺术性可以在不同的金属艺术形式中发挥得淋漓尽致。

金属焊接雕塑

金属焊接雕塑在焊接雕塑作品中,焊缝和割痕不是作为一种技术加工的痕迹被动地存在,而是以一种精彩的、不可或缺的表现语言着力地加以体现的。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。

金属焊接壁饰

如果把一幅壁饰作品看成一幅画的话,画面中的点、线、面,甚至黑、白、灰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,不锈钢为亮银色,铝材为亚银色,碳钢为乌亮色……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。惰性气体惰性气体是稀有气体的别称。稀有气体是指由稀有元素氦、氖、氩、氪、氙、氡等的单个原子构成的气体,其固态时都是分子晶体。稀有气体的单质在常温下为气体,且除氩气外,其余几种在大气中含量很少,故得名“稀有气体”。

稀有气体的化学性质很不活泼,所以过去人们曾认为他们与其他元素之间不会发生化学反应,称之为“惰性气体”。其实,惰性气体也可以与其他物质发生反应,只是需要的条件比较苛刻。现在,人们已经采用人工方法合成了稀有气体化合物。

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