中世纪发明了锻造技术,人们开始用锤击的方法将铁件焊接起来。该时期的最大焊件是公元310年在印度建造的德里大铁柱(Ironpillar of Deli)。它是用多个小钢坯焊接成的,大约25ft(7.6m)高,顶部直径为12in(300mm),底部直径为16in(400mm),重达12000lb(5.4t)在同一时期,印度还建造了其他一些铁柱,而罗马和英国也开始制造一些大焊件。德国和其堪的纳维亚半岛也发现了该时期的焊接结构。而国现代焊接技术是19世纪发明的。1800年,哈姆弗里.德维爵士利用电池供电,在两个碳极之间引燃了电弧;1836年,英国人埃德蒙多.德维发现了乙炔。19世纪中叶,发电机的发明才使电弧成为一种易于获得的能源。19世纪后期,焊接方面的发明或发现不断涌现,如气焊和气割。此后又相继出现了碳极电弧焊和金属电弧焊,而电阻焊也逐渐成为一种可实际应用的焊接方法。1881年,法国 Cabot实验室 的Auguste De Meritens利用电弧热焊接了蓄电池用铅板。他的俄国学生Nikolai N Benardos与其俄国同胞Stanislaus Olsszewski一起获得了英国专利:1887年,他们又获得了美国专利。他们发明的仅仅是碳弧焊,可用来焊接铅和铁。19世纪90年代末期至20世纪初期,碳弧焊获得了广泛应用。
很明显,Benardos并没有在金属极电弧焊上获得成功。1890年,底特律的C L Coffin获得了关于金属极电弧焊的第一个美国专利,该专利首次阐述了熔化的焊条金属穿过电弧空间填充到熔池并形成焊缝的现象,即熔滴过渡。同一个时期,俄国人N G Slavianoff也阐述了熔滴过渡的概念,但不是向熔池中过渡焊缝金属,而是向铸模中过渡铸造金属。
1990年,英国的A P strohmenger提出了药皮焊条的想法,通过在焊条表面涂层薄薄的陶土或石灰使电弧的燃烧更稳定。1907年~1914年,瑞典人Oscar Kjellberg发明了药皮焊条。Kjellberg阐述的药皮焊条制造方法是:将一定长度的裸铁棒浸入碳酸盐和硅酸盐的混合碳液中,使其表面涂上焊药,然后烘干。1919年,C J Holslag发明了交流电弧,但直到厚药皮焊条在20世纪30年代出现以后,这种方法才获得实际应用。
电弧焊方法发展的同时,各种电阻焊方法也相继问世,主要有点焊、缝焊、凸焊及闪光堆焊。电阻焊的发明人是Elihu Thompson,1885年他获得了电阻焊专利。随后,Thompson创建了Thompson焊接公司(Electric Welding Company),到1900年,各种电阻焊方法相继在该公司问世。1903年,德人Goldschmidt发明了铝热剂焊,并首次用于钢轨的焊接。
气焊和气割技术在这一时期日臻完善。1987年,气焊焊炬问世,随着氧气制造技术的成熟及随后的液化空气的问世,气焊和气割相继获得了广泛应用。在1900年以前,使用的可燃气体主要是氢气或煤气。1990年发明了适用于低压乙炔的焊炬后,氧乙炔焊才正式问世
第一次世界大战期间,各国对军火的巨大需求刺激了焊接技术的迅速发展,美国和欧洲迅速涌现出许多焊接设备制造公司和焊接材料制造公司。英国制造出了第一艘全焊接结构的轮船H . M. S. Fuglaar,荷兰也开始利用焊接来制造战斗机身。而最著名的焊接事件是在纽约港进行的德国轮船修复工程,利用焊接方法,这些德国轮船迅速得以修复并用于从美国向欧洲运送物资。
1919年,第一次世界大战刚一结束,Comfort Avery Adams领导下的应急船队公司的战时焊接委员会的二十个成员共同发起成立了美国焊接学会(AWS)。这是一个非盈利性机构,致力于促进焊接及相关技术的发展。
1920年,自动焊方法问世。这种方法采用了裸焊丝,用直流电源供电,并通过电弧电压调节送丝速度。这种自动焊方法是由通用电气公司的P.O.Nobel发明的,最初用来修复磨损的电机轴和吊车车轮。后来又被汽车制造厂用来生产后轴套。
20世纪20年代,各种类型的焊条及焊丝相继问世。首先,碳含量不高于0.20%的低碳钢焊丝/焊条被广泛用来焊接各种强度等级的普通碳钢。后来,又研制了高碳钢焊丝/焊条、合金钢焊丝/焊条以及用于碳弧焊和钎焊的铜合金棒。
20世纪20年代,研究人员发现进入熔池金属的氧气和氮气会使焊缝金属严重脆化,甚至致气孔。有人提出 了利用外加气体来保护电弧和焊缝区域的设想。Alexander和Lang-muir尝试利用氢气作保护气体在腔体中进行焊接,引弧时用碳电极,电弧引燃后切换为钨电极。电弧引燃后,氢气分子在电弧热的作用下分解为原子,电弧熄灭后形成高温氢原子火焰,放出大量热量。这种电弧放出的热量为氧乙炔火焰的1.5倍。这种焊接方法就是原子氢焊。原子 氢焊并未得到广泛应用,仅在20世纪30~40年代用到个别的特殊场合,后来又用来焊接工具钢。
H.M.Holbert和P.K.Dever进行了与Alexander和Langmuir类似的研究工作,但采用是氩气和氦气。他们于1926年中请了有关专利,专利书中阐述了一种利用电弧周围的外回国气休进行保护的电弧焊方法,这种方法就是钨极握弧焊的雏形,他们还设计了同心喷嘴,焊丝从喷嘴中送出,这是后来的熔化极气体保护焊的雏形。钨极握弧焊和熔化极气体保护焊后来得到了迅速发展和广泛应用。
螺柱焊是1930年在美国纽约海军船坞中发明的,最初用来将木制装饰件通过 螺柱连接到金属表面上。这种方法通过一把能自动控制电弧燃烧时间的特殊焊枪将螺柱焊接到基体金属表面。螺柱端部通常套上一瓷环或导电药室,用来保护电弧和熔化金属,提高焊缝性能。螺柱焊主要用于造船、锅炉制造及建筑工业。
被广泛采用的自动焊方法是埋弧焊自动焊。这种方法是美国国家管道公司发明的,宾夕法尼亚州麦基斯波特市钢管厂首先用这种方法焊接了钢管的纵缝。1930年Robi-noff申请了该方法的专利,而后来又卖给了Linde航空制品公司。1938年,该方法开始用于船舶制造及军工厂。它是最高效的焊接就去之一,至今仍在广泛使用。
钨极氩弧焊起源于C.L.Coffin在非氧化性气氛中进行焊接的构想,他在1890获得该构想的专利。20世纪20年代Hobart和Dcvcrs先后对该构想进行了改进,分别利用氦气和氩气作保护气体进行焊接。第二次世界大战期间,战斗机镁部件的焊接需求刺激了该方法的迅速发展。
Northrup Aircraft公司与Dow化学公司的工程师联合发明了一种适合于镁的焊接方法,而Hobart和Devers发明的惰性气体保护焊不仅是镁的理想焊接方法,也是铝合金及不锈钢的理想焊接方法。该方法直到1941年才得以完善,被命名为氦弧焊,因为最初采用的保护气体为氦气。Meredith获得了氦弧焊的专利权。后来,专利权又被授予给发明了水冷式焊枪的Linde航空制品公司。自此,钨极惰性气体保护焊成为一种重要的焊接方法。
1948年,在Air Reduction公司的资助下, Battelle Memorial研究所成功地开发出熔化极气体保护焊(GMAW),这种方法采用的保护气体类似于钨极惰性气体保护焊,但用连续送进行的焊丝代替了钨极。最初,主方法采用的是粗焊丝配陡降外特性电源的匹配方式,其使用范围有限;而在引入了细烛丝配平特性电源的匹配方式后,其应用范围显著扩大。H.E.Kennedy最先获得了该方法基本原理的专利。GMAW最初用来焊接有色金属。鉴于这种方法具有熔敷速度高的特点,后来,很多用户开始尝试将这种方法用于钢的焊接。由于惰性气体的价格较高,这种方法的使用成本很难在短期内降下来。
1953年,Lyubavski和Novoshilov发明了CO2气体保护焊。这种方法一问世就立即得到了高度重视,因为它使用的设备与熔化极惰性气体保护焊相同,但使用成本低,因此非常适合于钢的焊接。CO2电弧温度很高,利用粗焊丝焊接时需要使用很大的电流才能保证电弧的稳定,因此,只有在采用了细焊丝和经过改进的弧焊电源后,这种方法才获得了广泛应用。
改进后的焊接工艺为短路过渡工艺,被称为“细丝”、短弧、短路过渡CO2焊”,这种工艺改进是在1958年末至1959年初完成的。短路过渡CO2焊适合于全位置焊接和薄板的焊接,目前已成为应用最广泛的一种熔化极气体保护焊。
熔化极惰性气体保护焊的另一种改进形式是混合气体保护焊,利用惰性气体和少量氧气或二氧化碳的混合气体作保护气体,以实现稳定的喷射过渡。从20世纪60年代,这种混合气体保护焊就开始得到广泛应用。后来,又利用脉冲电流代替了一般的直流电流,出现了熔化极脉冲氩弧焊。焊接时,电流以一定的频率交替地从峰值电流切换为基值电流。最初的脉冲频率等于网压频率的2倍,而目前使用的频率有多种。今天,这种熔化极脉冲氩弧焊的应用越来越普遍。
CO2气体保护焊产生不久,一种特殊的焊丝---------药芯焊丝问世。药芯焊丝又称管状焊丝,钢丝本身为管状,中间填充了一定成分的焊剂。药芯焊丝CO2气体保护焊又称为比保护焊,电弧不但受外加气体的保护,而且焊剂中产生的气体也提供保护。这种方法是由Bernard发明的,并于1954年对外宣布;1957年美国国家钢瓶气体公司又重新提出这种方法时,Bernard获得了专利权。
1959年,一种不需要使用外加保护气体的药芯焊丝问世。利用主焊丝进行的焊接称为自保护焊。无论是自保护焊还是药芯焊丝CO2气体保护焊均已到了广泛应用,且其应用范围仍在不断扩大。
在1958年的布鲁塞尔世界博览会上,苏联公布了电渣焊的应用情况。自1951年开始,苏联就开始使用电渣焊,这种焊接方法是在美国R.K.Hopkin的工作基础上开发而成的R.K.Hopkin在1949年就获得了有关专利在此以前,R.K.Hopkin提出的方法一直没有得到实际应用。乌克兰的巴顿焊接研究所以及捷克斯洛伐克的焊接研究实验室对该方法进行了完善并制造了所需的设备。在美国,通用电机公司的芝加哥电力机车分部首次使用了这种方法。1959年这种方法被用来焊接柴油发动机组本体。这种方法及其改进行形式------熔嘴电渣焊主要用来焊接大厚度材料。
1961年,另一种立焊方法---------气电焊在Arcos公司问世。这种方法采用与电渣焊类似的设备,但采用明弧作热源,而不是熔渣电阻热作热源。最初采用药芯焊丝,并利用外加气体进行保护。最近,也有采用自保护焊丝或者实心焊丝和保护气体进行气电焊。气电焊的可焊厚度小于电渣焊。
1957年,Gage发明了等离子弧焊。等离子弧也可用于喷涂切割,喷涂材料可是线材,也可以是粉末。
法国人发明了电子束焊,这种焊接方法利用真空室内的聚焦电子束作热源。电子束焊已得到广泛应用。最近,日本人成功地将这种方法用于厚壁压力容器的焊接,其应用范围正日益扩大。在美国,电子束焊的用户主要分布在电力机车和航空发动机制造业。
摩擦焊是苏联发明的,这种方法利用相对旋转和顶锻压力共同作用下产生的摩擦热来进行焊接,又称惯性摩擦焊。由于设备及工具的一次成本较高,这种特殊的焊接方法主要用于大批量集中生产。
激光焊是最新的一种焊接方法,产生于1951年。由于能量密度非常高,激光束被认为是一种效率非常高的热源。激光束还用来切割金属和非金属。激光速焊最初的问题是能量脉冲持续时间很短,但现在已制造出了连续脉冲激光器。激光焊的典型应是汽车车身的焊接。
未来生产制造过程中不可避免地会提出各种新要求,为了满足这些要求,上述焊接方法会不断得以改进。但应该注意到,经改进的方法并不是独立的焊接方法,而是已有焊接方法的变种。