金属加工与焊接：全球初学者指南

金属加工与焊接是全球无数行业所使用的基础工艺。从建造摩天大楼和桥梁，到制作精美的珠宝和汽车部件，这些技能对于塑造和连接金属材料至关重要。本指南为全球不同背景的初学者全面介绍了金属加工与焊接的基础知识。

什么是金属加工？

金属加工涵盖了将金属原材料转化为可用零件、组件和结构的广泛工艺。这些工艺大致可分为：

• 成形：在不去除材料的情况下对金属进行塑形（例如，弯曲、锻造、冲压、轧制）。
• 切割：通过去除材料来获得所需形状（例如，锯切、剪切、机械加工、激光切割、等离子切割）。
• 连接：将金属件组合成更大的结构（例如，焊接、软钎焊、硬钎焊、铆接、螺栓连接）。
• 精加工：改善金属的表面特性和外观（例如，抛光、喷漆、涂层、电镀）。

金属加工不仅限于大规模的工业操作；它也是世界各地的工匠和爱好者所从事的一种流行的爱好和手艺。从在美国的车库里制作定制摩托车零件，到在尼日利亚的工作室里打造精美的金属雕塑，金属加工的原理都是相通的。

常见的金属加工材料

金属的选择取决于应用、所需性能和成本。金属加工中最常用的一些金属包括：

• 钢：一种坚固且用途广泛的铁碳合金，广泛用于建筑、制造和运输。不同类型的钢，如碳钢、不锈钢和合金钢，在强度、耐腐蚀性和可焊性方面具有不同的性能。
• 铝：一种轻质且耐腐蚀的金属，是航空航天、汽车和包装应用的理想选择。铝还具有很高的可回收性，使其成为一种环保的选择。
• 铜：一种优良的电和热导体，广泛用于电线、管道和热交换器。铜也因其美观而备受青睐，常用于装饰应用。
• 黄铜：一种铜锌合金，因其耐腐蚀性、可加工性和美观性而受到重视。黄铜常用于管道固定装置、乐器和装饰五金。
• 不锈钢：一种含有铬的铁基合金。铬会形成一层保护性氧化膜，使不锈钢能够抵抗锈蚀和腐蚀。

必备的金属加工工具

金属加工需要各种工具，从简单的手动工具到复杂的电动工具和机械。一些必备的金属加工工具包括：

• 测量工具：用于精确测量的尺子、卷尺、卡尺、千分尺和量角器。
• 切割工具：用于切割和成形金属的锯、剪、钻和磨床。
• 成形工具：用于金属成形和塑形的锤子、钳子、台钳和折弯机。
• 连接工具：用于连接金属件的焊机、烙铁和铜焊枪。
• 精加工工具：用于金属表面精加工的砂纸、锉刀、抛光轮和涂层设备。
• 安全设备：用于保护自己免受伤害的护目镜、手套、护耳器和呼吸器。

什么是焊接？

焊接是一种连接工艺，通过将两个或多个金属件加热到高温，通常还会添加填充金属，从而将它们熔合在一起。焊接在金属件之间形成了牢固的永久性连接，这使其在许多制造和建筑应用中至关重要。焊接被用于韩国的造船业、俄罗斯的管道建设和德国的汽车制造业。所用焊接的类型因金属、环境和所需的接头强度而异。

常见的焊接工艺

有许多不同的焊接工艺，每种工艺都有其优缺点。一些最常见的焊接工艺包括：

• 保护金属极电弧焊 (SMAW)，也称为手工电弧焊：一种用途广泛且相对便宜的焊接工艺，使用带药皮的焊条在金属件之间产生电弧。SMAW通常用于焊接钢和其他黑色金属。
• 气体保护金属极电弧焊 (GMAW)，也称为MIG焊：一种广泛使用的焊接工艺，使用连续输送的焊丝和保护气体来保护焊缝免受污染。GMAW通常用于焊接钢、铝和不锈钢。
• 气体保护钨极电弧焊 (GTAW)，也称为TIG焊：一种精确且用途广泛的焊接工艺，使用非消耗性的钨电极和保护气体在金属件之间产生电弧。GTAW通常用于焊接铝、不锈钢和其他有色金属。在航空航天等重视精度的领域，它常常受到青睐。
• 药芯焊丝电弧焊 (FCAW)：一种类似于MIG焊的焊接工艺，但使用填充有焊剂的管状焊丝来提供保护。FCAW常用于焊接较厚的材料和在户外环境中使用。
• 氧-乙炔焊 (OAW)：一种较早的焊接工艺，使用由氧气和乙炔作燃料的焊枪来熔化和连接金属件。OAW在工业环境中不太常见，但仍用于某些应用，例如焊接薄壁管和金属板。

焊接安全

如果不采取适当的安全预防措施，焊接可能是一项危险的活动。焊接的一些潜在危险包括：

• 电击：焊机可以产生高电压，可能导致电击。始终确保焊机正确接地，并穿戴适当的个人防护设备（PPE），如绝缘手套和靴子。
• 烧伤：焊接产生的高温和火花可能导致严重烧伤。穿戴适当的PPE，如焊接头盔、手套和防护服，以保护您的皮肤免受烧伤。
• 眼睛损伤：焊接产生的强光会损伤您的眼睛。始终佩戴具有适当遮光度的焊接头盔，以保护您的眼睛免受有害的紫外线和红外线辐射。
• 烟尘和气体：焊接烟尘和气体可能对您的健康有害。在通风良好的区域工作或使用呼吸器，以保护自己免于吸入有害的烟尘和气体。
• 火灾危险：焊接会产生火花和炽热的金属，可能点燃易燃材料。将易燃材料远离焊接区域，并随时准备好灭火器。

必备的焊接设备

焊接所需的设备取决于所使用的具体焊接工艺。然而，一些必备的焊接设备包括：

• 焊机：为焊接提供所需电流的电源。
• 焊接头盔：一种带有滤光镜片的防护头盔，可保护眼睛免受焊接产生的强光和辐射的伤害。自动变光头盔因其便利性和改善的可见度而越来越受欢迎。
• 焊接手套：可保护手部免受高温、火花和电击的绝缘手套。
• 焊接夹克：由皮革或阻燃材料制成的防护夹克，可保护身体免受高温和火花的伤害。
• 焊接靴：可保护脚部免受高温、火花和坠落物伤害的坚固靴子。
• 焊接台：为焊接提供稳定工作台面的坚固金属台。
• 焊接夹具：用于在焊接过程中固定金属件的夹具。
• 焊条或焊丝：用于形成焊接接头的填充金属。
• 保护气体：用于保护焊缝免受污染的气体（例如，氩气、二氧化碳）。

基本的金属加工和焊接技术

在尝试任何金属加工或焊接项目之前，学习基本技术至关重要。以下是一些需要掌握的基本技能：

切割金属

• 锯切：使用钢锯或带锯切割金属。为所切割的金属选择合适的锯片并施加稳定的压力。
• 剪切：使用剪板机切割金属板。确保金属正确定位并施加均匀的压力。
• 打磨：使用角磨机去除材料、平滑边缘并为焊接准备表面。佩戴护目镜并为所打磨的金属使用正确的砂轮。
• 等离子切割：一种使用等离子弧切割导电材料的工艺。在钢、铝和其他金属上提供速度和精度。

成形金属

• 弯曲：使用台钳和锤子或折弯机将金属弯曲成所需形状。使用量角器确保角度准确。
• 锻造：通过将金属加热到高温然后锤击成形来塑造金属。需要专门的设备和技能。
• 轧制：使用专门的轧制机将金属板或棒材逐渐成形为弯曲形状。通常用于工业环境中生产管道和其他弯曲金属零件。

焊接技术

• 准备金属：清洁金属表面以去除任何锈迹、油漆或油脂。使用钢丝刷或磨床准备金属边缘以进行焊接。
• 设置焊机：根据金属类型、金属厚度和所用焊接工艺调整焊机设置。请查阅焊机手册以获取推荐设置。
• 引弧：通过将电极接触金属然后迅速拉开一小段距离来引发焊接电弧。在整个焊接过程中保持一致的电弧长度。
• 形成焊道：以一致的方式沿着接头移动电极，保持稳定的电弧长度和行进速度。可以使用重叠的焊道来创建更宽的焊缝。
• 检查焊缝：焊接后，检查焊缝是否存在任何缺陷，如裂纹、气孔或未熔合。使用钢丝刷或磨床去除任何熔渣或飞溅物。

金属精加工技术

• 打磨和砂光：使用研磨工具平滑粗糙的边缘和表面。
• 抛光：使用抛光剂和抛光轮获得反射表面。
• 喷漆：涂上保护性和装饰性涂层。考虑表面处理和适合该金属的油漆类型。
• 粉末涂层：通过静电方式涂上一层干粉，然后用热量固化，形成耐用的饰面。具有出色的耐腐蚀性和耐磨性。
• 电镀：在基材上沉积一层薄薄的金属，以提高其耐腐蚀性、耐磨性或外观。常见的电镀金属包括锌、镍和铬。

全球标准与认证

金属加工和焊接受各种国际标准和认证的制约，以确保质量、安全和一致性。参与制定标准的一些关键组织包括：

• ISO（国际标准化组织）：制定和发布与金属加工和焊接工艺、材料和设备相关的广泛标准。
• AWS（美国焊接学会）：为焊接行业制定标准、认证和教育计划。AWS认证在全球范围内得到广泛认可和尊重。虽然名称中含有“美国”，但该组织拥有国际成员和影响力。
• EN（欧洲标准）：金属加工和焊接的欧洲标准，通常与ISO标准保持一致。
• ASME（美国机械工程师学会）：为压力容器、锅炉和其他通常涉及焊接的机械设备的设计、建造和检验制定标准。

焊工和焊接工艺的认证因国家和行业而异。常见的焊接认证包括AWS、EN和其他国家焊接学会提供的认证。请查看当地法规以了解所需的认证。

金属加工和焊接在世界各地的应用

金属加工和焊接在现代社会中无处不在，其应用遍及广泛的行业。以下仅举几例：

• 建筑：在世界各地的建筑物、桥梁和其他基础设施项目中，焊接被用于连接钢梁和其他结构部件。例如，马来西亚的国家石油双子塔就大量依赖先进的焊接技术来实现其令人印象深刻的高度和结构完整性。
• 制造业：金属加工和焊接被用于制造各种各样的产品，从汽车、飞机到家用电器和电子产品。日本和德国的汽车工厂广泛使用机器人焊接来确保高精度和高效率。
• 交通运输：焊接被用于建造船舶、火车和飞机。韩国和中国的造船厂是世界上最大的焊接技术用户之一。
• 能源：焊接被用于建造管道、发电厂和其他能源基础设施。例如，北溪天然气管道需要数千公里的焊接接头才能将天然气输送到波罗的海彼岸。
• 航空航天：精密的金属加工和焊接对于制造满足严格安全和性能要求的飞机部件至关重要。钛和其他先进合金的使用需要专门的焊接技术。
• 艺术与雕塑：艺术家和雕塑家使用金属加工来创作令人惊叹的艺术品。从安尼施·卡普尔的巨型雕塑到土著文化的精美金属制品，金属作为一种艺术表现媒介已有数百年历史。

给初学者的建议

如果您刚刚开始接触金属加工和焊接，这里有一些建议可以帮助您成功：

• 从小项目开始：不要马上尝试处理大型或复杂的项目。从简单的项目开始，这将使您能够练习技能并建立信心。
• 参加课程或工作坊：考虑参加金属加工或焊接课程或工作坊，向经验丰富的讲师学习。许多社区大学和职业学校都提供价格合理的课程。
• 定期练习：您练习得越多，您在金属加工和焊接方面的技能就会越好。每周安排时间来锻炼您的技能。
• 从错误中学习：不要因错误而气馁。每个人都会犯错。将您的错误视为学习机会，并努力理解问题所在。
• 向经验丰富的金属工人和焊工寻求建议：在线上或线下与其他金属工人和焊工联系。向他们寻求建议并分享您的经验。在线论坛和当地的创客空间都是很好的资源。
• 将安全放在首位：在操作金属和焊接设备时，始终佩戴适当的安全装备并遵守安全准则。

进一步学习的资源

• 在线论坛和社区：WeldingWeb、PracticalMachinist和其他在线论坛提供了分享知识和提问的平台。
• YouTube频道：许多YouTube频道提供有关金属加工和焊接技术的教程和演示。一些受欢迎的频道包括WeldingTipsAndTricks和AvE。
• 书籍和出版物：许多书籍和杂志涵盖金属加工和焊接主题。由美国焊接学会出版的《焊接杂志》(The Welding Journal) 是专业人士的宝贵资源。
• 本地创客空间和黑客空间：这些社区工作坊提供金属加工和其他技能的工具、设备和培训。

结论

金属加工和焊接是能够开启一个充满机遇的世界的基本技能。无论您是想在制造业、建筑业还是艺术领域追求职业生涯，还是只想学习一项新爱好，掌握金属加工和焊接的基础知识都将使您有能力去创造、修复和创新。请记住，要将安全放在首位，定期练习，永不停止学习。