焊接（Welding），又稱連接工程（Materials Joining Engineering），是一種重要的材料加工工藝，通過加熱或加壓或二者并用結合金屬或其他熱塑性材料的制造工藝。被焊工件的材質（同種或異種)達到原子間的結合而形成永久性連接的工藝過程。
焊接主要是借助熱能或機械能，使被焊接材料達到原子間結合。滿足焊接條件的熱能有電弧熱、化學熱、電阻熱、高頻感應熱、摩擦熱、帶電粒子焰、電子束、激光束等。
焊接已成為一門獨立的學科，它廣泛應用于石油化工、電力、航空航天、海洋工程、核動力工程、微電子技術，橋梁、船舶、潛艇，以及各種金屬結構等工業部門。
發展歷史
19世紀前
焊接可以追溯到幾千年前的青銅器時代，在人類早期工具制造中無論是中國還是當時的埃及等文明地區，都能看到焊接的雛形。公元前3000多年古埃及就出現了鍛焊技術，所謂鍛焊就是將金屬加熱后，用錘子擊打，使被焊金屬連接在一起。敘利亞大馬士革刀可以追溯到中世紀（約476～1453年），就是采用鍛焊方法打造的。
公元前2000多年中國的殷商年代制造的鐵刃銅鉞[yuè]就是鐵和銅的鑄焊件，其表面銅與鐵的熔合線蜿蜒曲折，接合良好。所謂鑄焊就是把分鑄的部件用鉛錫合金或銅鑄焊在一起。據明朝宋應星所著《天工開物》記載，中國古代將銅和鐵一起入爐加熱，經鍛打制造刀、斧；用黃泥或篩細的陳久壁土撒在接口上，分段鍛焊大型船錨。
春秋戰國時期（公元前770～公元前221年）曾侯乙墓中的建鼓銅座是分段釬[qiān]焊連接而成的，其釬料與現代軟釬料成分相近。戰國時期制造的刀劍，刀刃為鋼，刀背為熟鐵，一般是經過加熱鍛焊而成的。
19世紀
古代焊接長期停留在較原始的水平， 只能用以制作裝飾品、簡單的工具和武器。近代真正意義上的焊接起源于1880年左右電弧焊方法的問世。
1801年，英國的Humphry Davy使用電池在兩個碳極之間生成了電弧。
1856年，英格蘭物理學家James Joule發現了電阻焊原理。
1876年，美國人John A.Tobin 獲得了被稱為Tobin的高強釬料專利。其成分為銅-錫-鋅合金。
1881年，法國人De Meritens發明了最早期的碳弧焊機， 利用電弧產生的熱量成功地焊接了蓄電池用鉛板， 從此揭開了現代焊接發展的大幕。經過100多年的發展， 焊接已經成為現代制造技術中不可或缺的技術。
1882年，英格蘭人Robert A.Hadfield發明并以他的名字命名的奧氏體錳鋼獲得了專利權。
1885～1887年，俄羅斯的別納爾多斯發明碳極電弧焊鉗；1887年，美國的E.湯姆森（Elihu Thomson）發明電阻焊，并用于薄板的點焊和滾焊機；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。
1889年，美國人C.L.Coffin首次使用光焊絲作電極進行了電弧焊接。
1895年，巴伐利亞州人Konrad Roentgen觀察到了一束電子流通過電子管時產生X射線的現象。
20世紀
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；1900年又出現了鋁熱焊。
1900年，美國的Orgotheus集團下屬的Goldschmidt AGWest公司的Hans Goldschmidt發明了通過把鋁粉和金屬氧化物混和在一起進行反應所放出的熱量可以用來焊接的方法即鋁熱焊。
1909年，Schonherr發明了等離子弧（使用一個氣體渦流穩流器后產生的電弧）。
1912年，位于美國費城的Edward G．Budd公司生產出第一個使用電阻點焊焊接的全鋼汽車車身。
20世紀20年代，電弧焊成為一種重要的焊接方法。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，從而成為焊接機械化、自動化的開端。至此電阻焊進入實用階段。
1930年，美國的羅賓諾夫發明使用焊絲和焊劑的埋弧焊，焊接機械化得到進一步發展。
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，40年代德國和法國發明的電子束焊。
20世紀50年代末，蘇聯又制成真空擴散焊設備?。
1951年，蘇聯的巴頓電焊研究所創造電渣焊，成為大厚度工件的高效焊接法。
1953年，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，如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。
1956年，美國的瓊斯發明超聲波焊。
1957年，美國的蓋奇發明等離子弧焊。蘇聯的丘季科夫發明摩擦焊，也在20世紀50年代得到實用和進一步發展。
1959年，美國斯坦福研究所研究成功爆炸焊。
20世紀60年代，又出現了激光焊等離子、電子束和激光焊接方法，標志著高能量密度熔焊的新發展，使許多難以用其他方法焊接的材料和結構得以焊接。
焊接原理
物理本質
固體材料之所以能夠保持固定的形狀，是由于其內部原子之間的距離足夠小，使原子之間能形成牢固的結合力。要將兩塊固體材料連接在一起從物理本質上講，就是要采取措施使這兩塊固體連接表面上的原子接近到足夠小的距離，使其產生足夠的結合力，從而達到永久性連接的目的。
對于實際焊接件，要使連接表面上的原子接近到足夠小的距離是非常困難的。這是因為連接表面的表面質量較差，即使經過精密磨削加工，其表面從微觀上看仍是凹凸不平的；而且連接表面常帶有氧化膜、油污等，阻礙連接表面緊密地接觸。因此，為了實現材料之間可靠的焊接必須采取有效的措施。例如：利用熱源加熱被焊母材的連接處，使之發生熔化，利用熔融金屬之間的相溶及液-固兩相原子的緊密接觸來實現原子間的結合；對被焊母材的連接表面施加壓力，在清除連接面上的氧化物和污物的同時，克服連接界面的不平，或使之產生局部塑性變形，使兩個連接表面的原子相互緊密接觸， 并產生足夠大的結合力。如果在加力的同時加熱，結合過程更容易進行；對填充材料加熱使之熔化，利用液態填充材料對固態母材潤濕，使液-固界面的原子緊密接觸，相互擴散，產生足夠大的結合力從而實現連接。這即是熔焊、壓焊和釬焊能夠實現永久性連接的基本原理。
焊接熱過程
焊接時熱源與被焊材料相互作用傳導到焊件，焊件受熱發生局部熔化，被焊材料之間發生化學冶金重新結晶后連接在一起。焊接熱過程涉及熱傳導、焊件金屬相變以及溫度變化引起應力變化過程等眾多材料物理、化學過程。焊接熱過程特點如下：焊接熱源集中加熱工件局部區域，焊接熱過程具有局域性；大部分情況下焊接熱過程熱源和工件相對運動，受熱區域不斷變化，焊接熱源具有移動性；由于焊接熱源通常高度集中，工件加熱速度快，短時間大量熱能傳導給工件使其局部熔化，且由于局部加熱及移動性，工件冷卻過程快，焊接熱過程具有瞬時性；焊接中液態金屬始終處于強烈運動狀態，熔池內部傳熱以液態金屬對流為主，外部傳熱以固體熱傳導為主，同時存在蒸發及熱輻射，焊接傳熱過程具有復合性。
化學冶金過程
焊接化學冶金過程對焊縫金屬的化學成分、性能，某些焊接缺欠（如氣孔、結晶裂紋等）以及焊接工藝性能都有很大的影響，焊接化學冶金是指在熔焊過程中所發生的氣體- 熔渣- 金屬之間的物理與化學變化、熔化金屬的結晶凝固以及由于焊接熱循環造成的焊接熱影響區內金屬顯微組織和性能的變化等。焊接化學冶金主要涉及各種焊接工藝條件下，化學冶金反應與焊縫金屬成分、性能之間的關系及其變化規律。運用這些規律合理地選擇焊接材料，控制焊縫金屬的成分和性能使之符合工程使用性能要求，設計創造新的焊接材料。
焊接方法
焊接方法指特定的焊接方法，其含義包括該方法涉及的冶金、電、物理、化學及力學原則等內容。焊接常用的方法有電弧焊，氬[yà]弧焊，CO2保護焊，氧氣乙炔焊，激光焊接，電渣壓力焊等多種，主要應用到鐵、鋼等金屬材料上，塑料等非金屬材料亦可進行焊接。金屬材料焊接方法有40種以上，按照焊接過程中金屬所處的狀態不同，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類，如熔焊包括焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護焊、鎢極氣體保護焊、等離子弧焊、電渣焊、鋁熱焊、激光焊、電子束焊等；壓焊包括變形焊、閃光焊、摩擦焊、電阻焊、高頻焊、超聲波焊、擴散焊等；釬焊包括烙鐵釬焊、火焰釬焊、感應釬焊、電弧釬焊、爐中釬焊、電子束釬焊等。
熔焊
熔焊也就是熔化焊，是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態，不加壓力完成焊接的方法。熔焊包括電弧焊（手工電弧焊、埋弧電弧焊）、氣體保護焊（氬弧焊、CO2保護焊）、氣焊、等離子焊、電渣焊、激光焊等。熔焊時，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，冷卻后形成連續焊縫而將兩工件連接成為一體。在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素，大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池，還會在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質量和性能。為了提高焊接質量，人們研究出了各種保護方法，例如氣體保護電弧焊和焊條藥皮脫氧等。
熔焊的典型特點是采用熱源對焊件連接處進行局部加熱、熔化，熔焊的熱源有很多種，包括化學熱源（鋁熱焊等）、電阻熱源（電渣焊等）、電弧熱源（焊條電弧焊、熔化極氣體保護焊、鎢極氬弧焊、等離子弧焊、埋弧焊等）、高能束熱源（激光焊、電子束焊等） 等。利用電弧進行加熱的方法是應用最廣泛的焊接方法，稱為電弧焊。電弧焊的熱源是焊接電弧，通過焊接電源在兩電極或電極與母材間形成電場，使介質產生一種放電現象，把電能轉化成熱能。電弧焊機是弧焊電源的核心，它是一種提供電能的裝置，與焊槍等輔助設備、附件配套成為電弧焊機、電弧焊設備，按輸出電流可分為交流弧焊電源、直流弧焊電源、脈沖弧焊電源。
高能束焊（真空電子束焊、激光焊等）一般用于新材料、高質量要求的焊接，如核能、導彈、核潛艇、航空航天等領域的鋯、鈦、鉬[mù]、鉭[tǎn]等及其合金，真空電子束焊是利用加速和聚焦的電子束轟擊真空室內的工件，將電子能轉變為熱能。其特點是焊接質量高、焊縫優良，但設備復雜、成本高、對工件尺寸和裝備有嚴格要求。激光焊利用聚焦后的激光束作為能源轟擊工件產生熱量進行焊接，微觀上是一個量子過程，宏觀上是反射、吸收、熔化、氣化等現象。用于焊接的激光器有氣體和固體兩種，氣體是二氧化碳，固體是紅寶石、釹[nǚ]玻璃等。
壓焊
壓焊舊稱壓力焊，壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態下實現原子間結合，又稱固態焊接。壓力焊包括電阻焊（對焊、滾焊機、點焊）、摩擦焊、超聲波焊、冷壓焊、鍛焊等。常用的壓焊工藝是電阻對焊，當電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當加熱至塑性狀態時，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是在焊接過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、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒有像熔焊那樣的有益合金元素燒損，和有害元素侵入焊縫的問題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，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質接插件。
電阻焊中的電阻點焊廣泛用于汽車車體成形制造中，一般采用薄板搭接結構，焊件置于兩個電子中間施加一定壓力，在兩電極間通焊接電流，電阻熱轉為熱能熔化焊件，加壓后是焊縫成形。
釬焊
釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度，利用液態釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實現原子間的相互擴散，從而實現焊接的方法。焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。釬焊包括火焰釬焊、高頻釬焊、爐中釬焊、鹽浴釬焊、真空釬焊等。
釬焊的實質是焊件不熔化，根據釬料熔點和焊接強度不同分為軟釬焊和硬釬焊。軟釬焊廣泛用于受力不大、常溫下工作的儀表、電子元件物件。硬釬焊用于切削刀具、碳鋼、生鐵、純銅、不銹鋼等的釬焊焊接。
焊接工藝
在《焊接詞典》中對焊接工藝（ welding technology）的解釋是： 焊接工藝是包括焊接方法的選擇和設置、焊前準備加工、裝配、焊接材料、焊接設備、焊接順序、焊接操作、焊接參數以及焊后處理等的技術規定。
國家標準GB/ T3375—1994 《焊接術語》中對焊接工藝的定義是： 焊接工藝是指制造焊件所有有關的加工方法和實施要求， 包括焊接準備、材料選擇、焊接方法、焊接參數、操作要求等。
從焊接生產或制造的角度，焊接工藝又常被稱作焊接生產工藝或焊接制造工藝， 這時的焊接工藝所包含和相關的內容就更加廣泛了,可以將焊接工藝理解為： 焊接過程中的以焊接方法為核心內容的一整套加工程序和技術規定。
影響焊縫成形工藝因素眾多，一些共性因數有：電源種類和極性；焊絲直徑和伸出長度；電極傾角；焊件傾角；焊件材料和厚度；坡口形式和間隙等。焊接工藝需要根據產品特點、生產條件等綜合選擇。
焊接質量
焊接缺陷（weld defect）是指不符合具體焊接產品使用性能要求的焊接缺欠，焊接缺陷標志判廢或必須返修。焊接缺陷對每一結構，甚至每一結構的每一構件都不相同，通常應根據測試、計算所得的判據才能確定。
焊接缺欠是指在焊接接頭中因焊接產生的金屬不連續、不致密或連接不良的現象， 簡稱‘缺欠’。焊接缺陷是指超過規定限值的缺欠。
焊接缺欠有焊縫氣孔、夾雜、咬邊、夾渣、未焊合、裂紋等，焊接缺欠對結構的承載強度、疲勞強度、脆性斷裂及抗應力腐蝕開裂有重要影響。焊接缺陷是不符合焊接產品使用性能要求的焊接缺欠，判別是否為焊接缺陷的標準是焊接缺欠的容限。
焊接接頭的裂紋、未焊合或未焊透比氣孔、夾渣等的危害大，裂紋被認為是危險的焊接缺欠，它們不僅降低結構有效承載面積，而且會產生應力集中，有誘發脆性斷裂的可能，易造成結構斷裂。尤其是裂紋，在裂紋尖端存在缺口效應，易誘發三向應力狀態，導致裂紋失穩和擴展，造成整個結構斷裂，裂紋是焊接結構中最危險的缺欠。
此外還要焊縫形狀不良、角焊縫凸度過大及錯邊、焊縫余高、錯邊、角變形等幾何不連續缺欠，有些雖為現行規范所允許，但也會引起應力集中或產生附加應力，在焊接過程中應采取措施防止產生焊接缺欠。
應用
焊接應用廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬，遍及能源、交通、航空航天、石化工程、海洋工程、建筑工程、電氣工程、微電子等幾乎所有工業領域。發展聯合加工工藝，使焊接與鍛造、鑄造相結合，可以制成大型、經濟合理的鑄焊結構和鍛焊結構，經濟效益很高。
軌道交通
高速動車組和大部分城軌車輛的車體均由鋁合金板材和型材組焊而成，攪拌摩擦焊、激光焊等焊接工藝在軌道交通車輛生產線上大量的使用，如鋁合金車體雙軸肩攪拌摩擦焊，不銹鋼軌道交通車體激光焊接，鋁合金車體激光MIG復合焊接，轉向架自動焊接工藝，軌道交通車輛CMT薄板焊接等。
焊接與汽車制造行業密切相關。 電子束焊接主要用于汽車的變速器中的齒輪、汽 缸、發動機增壓器渦輪、離合器等部件的生產。汽車的一些零部件以及一些基礎框架結構采用的是激光焊接。攪拌摩擦焊接主要應用于汽車的成型附件、車身支架、發動機引擎等方面。
航天、船舶制造
航空和航海領域對材料要求都具有一定的特殊性， 相應的特種焊接逐漸應用于航空和船舶制造領域。 目前高能束流焊接技術、電子束焊及激光焊，焊接在航天領域的應用較為廣泛。如雙光束激光焊接應用于飛機鋁合金機身壁板結構，
而在船舶制造領域則主要使用高效焊接，如MIG/MAG(熔化極氣體保護焊)雙絲焊接工藝、高熔敷率大電流MAG焊接工藝、埋弧自動橫向焊工藝、變極性等離弧焊技術、多絲埋弧焊和氣保焊工藝及帶活性焊劑的氣保焊技術，可以更好地保證船舶制造的質量，縮短制造工期，降低成本，提高經濟效益 。
石油管道
閃光對焊、激光焊、電子束焊、徑向摩擦焊、攪拌摩擦焊、瞬時液相擴散焊、活性氣體保護鍛焊等焊接方法在石油管線鋼管環焊施工中廣泛應用。如高壓TIG水下焊接新技術應用到500m深的海洋石油開采裝備焊接中，能夠保證海洋石油開采設備得到更好的安裝與修復。高壓TIG水下焊接新技術主要采用惰性氣體為保護極，焊接人員可以采用填絲的方式對各項開采設備進行相應的焊接。
焊接安全
焊接事故的誘因
1.焊接切割作業時，尤其是氣體切割時，由于使用壓縮空氣或氧氣流的噴射，使火星、熔珠和鐵渣四處飛濺（較大的熔珠和鐵渣能飛濺到距操作點5m以外的地方），當作業環境中存在易燃、易爆物品或氣體時，就可能會發生火災和爆炸事故。
2.在高空焊接切割作業時，對火星所及的范圍內的易燃易爆物品未清理干凈，作業人員在工作過程中亂扔焊條頭，作業結束后未認真檢查是否留有火種。
3.氣焊、氣割的工作過程中未按規定的要求放置乙炔發生器，工作前未按要求檢查焊（割）炬、橡膠管道和乙炔發生器的安全裝置。
4.氣瓶存在制定方面的不足，氣瓶的保管充灌、運輸、使用等方面存在不足，違反安全操作規程等。
5.乙炔、氧氣等管道的制定、安裝有缺陷，使用中未及時發現和整改其不足。
6.在焊補燃料容器和管道時，未按要求采取相應措施。在實施置換焊補時，置換不徹底，在實施帶壓不置換焊補時壓力不夠致使外部明火導入等。
焊接規范
焊接規范是指制造焊件所有關的加工和實踐要求的細則文件，可保證由熟練焊工或操作工操作時質量的再現性。如電弧焊接會造成金屬熔化后的化學有害污染，如焊接粉塵、有害氣體、高頻電磁輻射、光輻射、熱輻射等，在焊接過程中應遵從焊接規范，加強個人防護。
參考資料 >