下面，我想舉一個(gè)數(shù)字來(lái)說(shuō)明焊接的應(yīng)用，西方國(guó)家尤其是西方的發(fā)達(dá)國(guó)家，它每年鋼產(chǎn)量的50％到60％需要進(jìn)行焊接加工，我們國(guó)家去年2001年，鋼產(chǎn)量達(dá)到1.3億噸，在這個(gè)1.3億噸生產(chǎn)出來(lái)的鋼材中，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，四千萬(wàn)噸需要焊接，因此焊接已經(jīng)成為一門獨(dú)立的學(xué)科，一項(xiàng)高科技，同時(shí)又是一個(gè)非常重要的產(chǎn)業(yè)。
　　下面我想給同學(xué)們介紹一下焊接的基本原理，從理論上來(lái)說(shuō)，兩塊分離的材料，我們把它需要連接的面靠在一起，如果我們把這個(gè)靠在一起的面足夠緊密的話，所謂足夠緊密就是把這兩個(gè)分離的表面，它的距離能夠接近到一個(gè)原子的距離，也就是0.4到0.5個(gè)納米，這種情況下，這個(gè)材料按照它的物理本性，就能連接在一起，就能形成一個(gè)連接在一起的材料。但是實(shí)際上，在常溫下，在一般情況下我們做不到，為什么？因?yàn)榧词拱堰@兩個(gè)要結(jié)合的表面采用精加工的辦法，我們用顯微鏡，從微觀上來(lái)看，這個(gè)表面上依然是凹凸不平的，尤其重要的是由于材料在大氣當(dāng)中受到大氣里邊氧氣的化學(xué)作用，材料放在空氣中，不要幾秒鐘，就會(huì)在表面形成氧化膜，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)這個(gè)氧化膜會(huì)不斷的增厚，同時(shí)材料表面上也很難做到?jīng)]有其他的雜物，比方講有水分，有雜質(zhì)，有油，形成附加層，這種氧化膜和附加層極大地阻礙材料的連接。
　　因此焊接的基本原理就是采用施加外部能量的辦法，促使分離材料的原子接近，形成原子鍵的結(jié)合，在這個(gè)同時(shí)，又能去除掉一切阻礙原子鍵結(jié)合的一切表面膜和吸附層，以形成一個(gè)優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，實(shí)際上我們?cè)诤附蛹夹g(shù)里邊，常常采用的施加外部能量的方法，就是一、加熱，把材料加熱到熔化狀態(tài)，或者把材料加熱到塑性狀態(tài)，二、加壓，使這個(gè)材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)。
　　這張畫面，我想給同學(xué)們來(lái)介紹幾種形成焊接接頭的機(jī)理，大家看到這個(gè)箭頭，第一個(gè)焊接接頭大家很清楚，是熔化焊的焊接接頭，那么這是個(gè)典型的熔化焊的焊接接頭,這個(gè)部分是熔化焊縫，外面是熱影響區(qū)，兩邊是母材，這種焊接接頭的形成機(jī)理，大體上可以說(shuō)是這么幾個(gè)過(guò)程，首先用外部的熱源把材料和填充材料熔化，在熔池當(dāng)中，產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，這種物理化學(xué)反應(yīng)就是能夠去除它的一切雜質(zhì)和氧化膜附加層，然后再結(jié)晶，相變， 最后形成一個(gè)鍵結(jié)合。
　　第二種類型就是塑性變形連接，你們看這個(gè)焊接接頭沒(méi)有熔化焊接頭那個(gè)熔池?cái)嗝妫旧峡床怀鲇薪宇^，這種連接機(jī)理是兩邊加大的壓力，使這個(gè)材料產(chǎn)生塑性變形，塑性變形會(huì)擠出里邊接合面的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)緊密連接，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散和化學(xué)作用形成一個(gè)塑性變形為主的連接接頭。
　　第三種類型就是兩個(gè)分離的元件采用擴(kuò)散的辦法來(lái)進(jìn)行連接，實(shí)際上采用擴(kuò)散的辦法有時(shí)候看不到焊縫，看不到接頭，它的過(guò)程是首先進(jìn)行接觸，加壓，然后加熱到高溫，加熱到多少溫度，看不同材料來(lái)定，然后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的擴(kuò)散，原子之間互相滲透最后形成鍵連接，這就是擴(kuò)散連接的機(jī)理。
　　第四種，就是釬焊連接的機(jī)理，它是采用一種比母材低熔點(diǎn)的第三種金屬，把這個(gè)金屬加熱,利用表面張力把它潤(rùn)濕到要被焊的表面上，這個(gè)潤(rùn)濕的金屬和要被結(jié)合的面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)去除氧化膜、氧化皮等等，同時(shí)利用毛細(xì)管的填縫作用，也就是利用表面張力的吸附作用，這個(gè)熔化的第三種金屬會(huì)填縫，鉆到這兩個(gè)接合面的中間去，形成一個(gè)接頭，這個(gè)就是釬焊的接頭。
　　當(dāng)然，焊接接頭的形成機(jī)理還有一些，但是我想，比較初步的了解焊接，這四種連接機(jī)理是比較典型的。可能同學(xué)們也都知道，一個(gè)優(yōu)秀的焊工是非常不容易的，要經(jīng)過(guò)很高成本的培訓(xùn)，看起來(lái)一個(gè)焊工操作一根焊條來(lái)進(jìn)行焊接并不復(fù)雜，實(shí)際上要求焊工眼睛要看著熔池，好的焊工能夠觀測(cè)出來(lái)熔池里邊的一些反應(yīng)，比方講如果有夾渣夾在里面，好的焊工就能發(fā)現(xiàn)，能夠通過(guò)一些手法把夾渣熔出來(lái)，他還能夠發(fā)現(xiàn)氣孔，二氧化碳?xì)饪住錃饪祝材軌蛴萌刍霓k法，用多停留的辦法把這個(gè)氣孔排出來(lái)。
　　手操作著焊條，要操作得非常穩(wěn)，使它的弧長(zhǎng)要保持高度的一致，焊條往前移動(dòng)的速度要非常均勻，焊槍的角度要把握得非常準(zhǔn)確，等等。還要用耳朵聽(tīng)聲音，有經(jīng)驗(yàn)的焊工就能聽(tīng)出來(lái)焊接過(guò)程是否平穩(wěn)，飛濺是不是多了，等等。因此，手工焊對(duì)焊工的要求是非常高的，同樣一個(gè)焊條，同樣一種材料，不同的焊工焊出來(lái)的結(jié)果可能會(huì)天差地別。
　　手工焊條焊接的方法，它最大的優(yōu)點(diǎn)是非常高的靈活性，手工焊接可以平焊，還可以仰焊，還可以立焊，立焊里邊還可以從上往下焊，也可以從下往上焊。但是，這些不同位置，不同材料的焊接都需要采用不同的焊條。到目前為止，按照我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，能生產(chǎn)出來(lái)的焊條已經(jīng)達(dá)到三百多種。手工焊盡管有非常好的靈活性，也很容易實(shí)現(xiàn)，但是它從總體上來(lái)講還有很多致命的弱點(diǎn)，因?yàn)檫@種手工操作很難保證質(zhì)量的均勻性，尤其是在大規(guī)模生產(chǎn)當(dāng)中，人很容易受到各種各樣的干擾因素，情緒不好了，身體不好了，都會(huì)影響他的焊接質(zhì)量。因此，自動(dòng)焊是焊接發(fā)展的一個(gè)方向。
　　下面我想介紹一下埋弧自動(dòng)焊，埋弧自動(dòng)焊是在1940年發(fā)明的一種新的焊接方法，它和前面的手工焊相同的地方是它還是采用渣保護(hù)，但是這個(gè)渣不是焊條的藥皮，是專門熔煉出來(lái)的焊藥。這個(gè)焊藥系統(tǒng)由一個(gè)漏斗裝的焊藥通過(guò)一個(gè)管道輸送到要焊接的前面。第二個(gè)不同是不采用焊條，采用焊絲，因?yàn)楹附z可以連續(xù)送給；焊條，我們燒完一根焊條總得有一個(gè)焊條頭就給扔了，而且操作得停下來(lái)，換焊條然后再焊。改成焊絲以后，用送焊絲的裝置和焊絲盤，連續(xù)地送給焊絲，這種焊接方法是連續(xù)送進(jìn)的焊絲，在可熔化的顆粒狀的焊劑覆蓋下引燃電弧，使焊絲、母材和焊劑的一部分熔化和蒸發(fā)構(gòu)成一個(gè)空腔，電弧是在空腔里面穩(wěn)定燃燒，所以把它稱之為埋弧自動(dòng)焊。電弧是埋在空腔里邊的，這種方法，第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化；第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它是在埋弧底下進(jìn)行焊接，所以它的熱交換和保護(hù)性能比較強(qiáng)，焊接出來(lái)的質(zhì)量比較高；第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，由于埋弧自動(dòng)焊中電弧埋在焊藥底下，所以它可以采用大電流，焊接效率比較高，最近我們國(guó)家正在進(jìn)行的西氣東輸管道工程，管道是一種高強(qiáng)鋼，這種管道在工廠里邊先預(yù)制成一段，然后再拿到工地上，在野外焊接，這種管道在工廠制作的焊接的工藝就是采用埋弧焊，現(xiàn)在埋弧焊已經(jīng)發(fā)展成為，有雙絲埋弧焊，還有多絲埋弧焊，效率更進(jìn)一步提高。
　　電弧焊的另外一種類型，就是氣體保護(hù)焊，氣體保護(hù)焊的道理很容易理解，我們前面講的是采用渣來(lái)進(jìn)行保護(hù)，使熔池和焊縫金屬能夠得到一個(gè)優(yōu)良的品質(zhì)，后來(lái)人家就發(fā)現(xiàn)了采用氣體來(lái)進(jìn)行保護(hù)有更多的優(yōu)越性。這張畫面，就是氣體保護(hù)焊的原理圖，它仍然是電弧的燃燒形成熔池，只是在電極的外面，通過(guò)焊嘴輸送氣體，一般的情況下我們采用惰性氣體，也就是采用氬氣，因?yàn)闅鍤夂推渌恍┰囟疾话l(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，而且氬氣比較重，它能夠比較干凈地排除掉空氣，當(dāng)然現(xiàn)在有些地方也采用活性氣體，所謂活性氣體就是叫“Active”的氣體，就是在氬氣中間加3%到5％的二氧化碳。加了這部分的二氧化碳以后，氣體就不是完全具有惰性氣體的這種性能，它還帶有一部分的活性，這種活性氣體作用下，能夠使黑色金屬在焊接的時(shí)候，焊縫看起來(lái)很漂亮、很舒展。
　　激光焊也是最近這些年發(fā)展起來(lái)的一種高能量的焊接方法，它是用激光來(lái)加熱，所以它可以穿透透明介質(zhì)，能夠焊到透明介質(zhì)容器的里邊去，這是其他焊接方法難以做到的，這種方法也被利用到醫(yī)學(xué)里邊，比方講我們有些患者視網(wǎng)膜脫落，視網(wǎng)膜是在眼球的后面，視網(wǎng)膜脫落以后眼睛就會(huì)失明，現(xiàn)在就用激光的辦法，透過(guò)眼球焊到眼球后面，把這個(gè)視網(wǎng)膜和眼球焊起來(lái)，這個(gè)已經(jīng)是很成功的手術(shù)了。第二個(gè)它的優(yōu)點(diǎn)是不需要真空保護(hù)，因此，現(xiàn)在得到了非常廣泛的應(yīng)用。
　　下面我想給大家放一段錄像，機(jī)器人激光切割、機(jī)器人激光焊接和機(jī)器人激光雕刻，這就是激光光刻，這是集成電路片上面刻它的廠名和它的型號(hào)，采用激光光刻，可以防偽。激光還可以做藝術(shù)加工，激光在切割銅，激光在焊首飾，是手工操作的，所以可能技術(shù)要求很高，上邊是激光光源，這是銀焊絲，是把金剛石焊到首飾上面去。
　　第四，現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展，就是極限環(huán)境下的焊接正在開(kāi)展，水下焊接，因?yàn)楝F(xiàn)在近海油田，水下建筑，水下管道越來(lái)越多，所以水下焊接已經(jīng)有迫切需要，現(xiàn)在焊接技術(shù)，已經(jīng)能夠解決一部分水下焊接的問(wèn)題，水下焊接一般還是采用弧焊的辦法，分為兩種，一種是干法，一種是濕法。所謂濕法，就是潛水員下去，拿了焊條在水下進(jìn)行焊接，靠電弧產(chǎn)生的熱量，能夠排出一部分水，產(chǎn)生氣體，形成一個(gè)空泡，然后在空泡里面進(jìn)行焊接，但是這樣的深度，一般在幾十米深度。還有一種是干法的水下焊接，就是有一個(gè)裝置容器，潛下去以后把水排開(kāi)，然后進(jìn)行焊接。現(xiàn)在西方國(guó)家已經(jīng)能夠焊到三百米水深，我們國(guó)家能夠達(dá)到二百米左右。
　　還有一個(gè)就是空間焊接，這張圖就是1970年前蘇聯(lián)的宇航員在聯(lián)盟號(hào)空間站人類第一次在空間站進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，手里邊拿著這把焊槍是一把經(jīng)過(guò)特制的電子束焊槍，這個(gè)宇航員是位女同志，是位女宇航員，現(xiàn)在人類在空間的活動(dòng)越來(lái)越多，空間站是個(gè)方向。我們國(guó)家現(xiàn)在也在往這個(gè)方向走，但是空間站幾百噸重的空間站，不可能一次用運(yùn)載火箭發(fā)射上去，所以都是采用螞蟻搬家的辦法，一次發(fā)射一塊，一次發(fā)射一塊，然后在空間把它連接起來(lái)，因此焊接就成為一個(gè)需要的一種工藝，再加上空間站現(xiàn)在要求壽命越來(lái)越高，一般空間站現(xiàn)在要求能夠在空間的壽命要超過(guò)25年，在穿梭對(duì)接時(shí)發(fā)生碰撞，在宇宙空間有各種各樣的粒子流的撞擊，空間站本身的變形、維修、堵漏，也是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。所以現(xiàn)在世界各國(guó)都在開(kāi)展空間焊接。美國(guó)現(xiàn)在是趨向于采用激光，因?yàn)槊绹?guó)的激光研究是領(lǐng)先的，它想采用激光的辦法來(lái)進(jìn)行焊接。日本現(xiàn)在也在進(jìn)行研究，日本的研究是采用電弧焊的辦法，就是咱們說(shuō)的氣體保護(hù)焊，它把鎢極，打個(gè)孔，是一種空心鎢極的氬弧焊方法。我們國(guó)家現(xiàn)在也在開(kāi)始這方面的實(shí)驗(yàn)。因此，極限環(huán)境下的焊接已成為目前發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。
　　這個(gè)就是日本北海道的一個(gè)裝置，空間焊接必須要在地面進(jìn)行模擬，那么在地面模擬空間的溫度變化等都容易進(jìn)行。問(wèn)題就是失重的模擬很困難，俄羅斯采用飛機(jī)來(lái)俯沖，俯沖過(guò)程當(dāng)中有一段失重來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，日本現(xiàn)在采用自由落體的實(shí)驗(yàn)辦法，它在北海道，利用了一口710米深的廢礦井，經(jīng)過(guò)改裝以后來(lái)做失重的模擬實(shí)驗(yàn)，這是它的失重裝置，焊機(jī)就放在這里頭，這個(gè)裝置，自由落體，落下來(lái)，中間大概有十幾秒鐘的失重狀態(tài)，然后就要減速、剎車、再停下來(lái)。
　　我們現(xiàn)在焊接專業(yè)和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在跟俄羅斯、烏克蘭和日本共同探討進(jìn)行協(xié)作，把中國(guó)的空間焊接的研究也能開(kāi)展起來(lái)。
　　回顧上一個(gè)世紀(jì)焊接技術(shù)的發(fā)展，在金屬材料的廣泛應(yīng)用和大工業(yè)批生產(chǎn)的推動(dòng)下，已經(jīng)發(fā)明了許多新的焊接方法，現(xiàn)在可以說(shuō)，所有的金屬材料都能進(jìn)行焊接，而且焊接的性能越來(lái)越好。焊接是一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，它是在多門基礎(chǔ)學(xué)科，比如物理、化學(xué)、冶金學(xué)、電學(xué)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，在焊接過(guò)程中，存在著許多科學(xué)規(guī)律問(wèn)題，所以焊接是一門多學(xué)科的融合，目前焊接學(xué)主要由三個(gè)部分構(gòu)成，焊接方法學(xué)，焊接材料學(xué)和焊接結(jié)構(gòu)學(xué)，我剛才給大家介紹的只是涉及到焊接方法學(xué)的一部分，隨著信息科學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)正在發(fā)生巨大的變化，信息科學(xué)的許多裝備和產(chǎn)品需要用焊接技術(shù)來(lái)制造，但是信息科學(xué)又正在改變焊接技術(shù)本身，使它成為一個(gè)高科技的加工手段。21世紀(jì)是材料多元化的時(shí)代，傳統(tǒng)的金屬材料仍然會(huì)唱主角，但是非金屬材料會(huì)快速發(fā)展，比如像陶瓷、高強(qiáng)塑料、復(fù)合材料等等，非金屬材料的連接目前已成為迫切需要。因此展望21世紀(jì)，由于非金屬材料的廣泛應(yīng)用，必定會(huì)產(chǎn)生一系列新的連接方法，這就為我們焊接，特別是我們中國(guó)的焊接工作者，尤其是在座的各位年輕的焊接工作者提供了一個(gè)非常巨大的發(fā)展空間，希望我們?cè)谶@個(gè)世紀(jì)，能夠在焊接技術(shù)上，對(duì)世界焊接技術(shù)做出越來(lái)越大的貢獻(xiàn)，謝謝大家。