焊接是什麼？台灣當代焊接的應用及歷史發展

焊接是什麼?

焊接 （英文稱為：welding）或稱銲接、熔接、鎔接，是一種以加熱或加壓方式接合金屬或其他熱塑性塑料的工藝及技術。焊接則以下列三種方式達到接合目的：

1.加熱需接合的工件/母材，使其熔化形成熔池，而熔池冷卻凝固後便以接合，必要時可加入熔填物輔助。
2.單獨加熱熔點較低的焊料，無需熔化工件本身，借焊料的毛細作用連接工件（如軟釺焊、硬焊）。
3.在相當於或低於工件熔點的溫度下輔以高壓、疊合擠塑或振動等，使兩工件間相互滲透接合（如鍛焊、固態焊接）

依具體的焊接工藝，焊接可細分為氣焊、電阻焊、電弧焊、感應焊接及雷射焊接等其他特殊焊接。在傳統的輕、重工業領域中，最常見的便為電弧焊接的應用；而在電子工業領域，相對以雷射焊接的精密焊接形式為主。

「焊接」和「銲接」的差別在哪？

焊接與銲接這兩種用法皆被普遍接受，而「焊」字的演變及由來為早期的焊接方式主要以氣體燒焊來進行，所以早期多以「火」字旁的焊來表示。隨著工業革命與進步，後續多以兩種以上金屬材質產生電弧的焊接模式來進行銲接，也就是目前傳統工業最常見的「電弧銲」，至此也常以「金」字旁的銲來表示，所以大家也可以發現台灣許多銲材製造廠都會以「銲」來呈現；雖然現在不會強制性地用這種方式來區分「銲」、「焊」兩者的差別性，但以整體的網路搜尋量、文獻的使用量來說，普遍仍以「焊」字的使用量最多。

焊接的種類

根據上述的焊接原理，我們可將焊接分為三大類別（壓焊、熔化焊、釺焊），而依據其原理產生了多樣的焊接方式，雖然其工作原理相同，但不同工法之間具有不同的特性。而下方的表格整理出了目前可執行的焊接方式，而主流的焊接工法更因為自動化工藝的發展而獲得更多重視與材料的應用。

現代常見的焊接工藝

電弧銲接－傳統產業最常見的焊接工藝

電弧焊接使用焊接電源來創造並維持電極和焊接材料之間的電弧，使焊點上的金屬融化形成熔池。它們可以使用直流電或交流電，使用消耗性或非消耗性電極。有時在熔池附近會引入某種惰性或半惰性氣體－即保護氣體，有時還會添加焊補材料。

電弧焊過程要消耗大量的電能，可以通過多種焊接電源來供應能量。最常見的焊接電源包括恆流電源和恆壓電源。在弧焊過程中，所施加的電壓決定電弧的長度，所輸入的電流則決定輸出的熱量。恆流電源輸出恆定的電流和波動的電壓，多用於人工焊接，如手工電弧焊和鎢極氣體保護電弧焊。因為人工焊接要求電流保持相對穩定，而在實際操作中，電極的位置很難保證不變，弧長和電壓也會隨之發生變化。恆壓電源輸出恆定的電壓和波動的電流，因此常用於自動焊接工藝，如熔化極氣體保護電弧焊、藥芯焊絲電弧焊和埋弧焊。在這些焊接工藝中中，電弧長度保持恆定，因為焊頭和工件之間距離發生的任何波動都通過電流的變化來彌補。例如，如果焊頭和工件的間隔過近，電流將急速增大，使得焊點處發熱量驟增，焊頭部分融化直至間隔恢復到原來的程度。

所用的電的類型對焊接有很大影響。耗電量大的焊接工藝，如國內的手工電弧焊接皆以交流電居多。電極可接正極或負極。在焊接中，接正極的部分會有更大的熱量集中，因此，改變電極的極性將影響到焊接性能。如果是工件接正極，工件將更熱，焊接深度和焊接速度也會大大提高。反之，工件接負極的話將焊出較淺的焊縫。耗電量較小的焊接工藝，如鎢極氣體保護電弧焊，可以通直流電（採用任意接頭方式），也可以使用交流電。然而，這些焊接工藝所採用的電極都是只產生電弧而不提供焊料的，因此在使用直流電時，接正電極的時候，焊接深度較淺，而接負電極時能產生更深的焊縫。交流電使電極的極性迅速變化，從而將生成中等穿透程度的焊縫。使用交流電的缺點之一是每一次變化的電壓通過電壓零點後，電弧必須重新點燃，為解決這一問題，一些特殊的焊接電源產生的是方波型的交流電，而不是通常的正弦波型，使得電壓變化通過零點時的負面影響降到最小。

遮護金屬電弧焊接(電銲、SMAW焊接)

了解更多：什麼是遮護金屬電弧銲接（smaw）？

氣體遮護金屬焊接(GMAW焊接、CO2焊接)

氣體遮護金屬電弧銲接，通常包含MIG（又稱為金屬-惰性氣體焊）及MAG（又稱為金屬-活性氣體焊），是一種半自動或自動的焊接工藝。它採用焊條連續送絲作為電極，並用惰性、半惰性或活性氣體，以及混合氣體保護焊點。和手工電弧焊相似，操作者稍加培訓就能熟練掌握。由於焊絲供應是連續的，熔化極氣體保護電弧焊和手工電弧焊相比能獲得更高的焊接速度。此外，因其電弧相對手工電弧焊較小，熔化極氣體保護電弧焊更適合進行特殊位置焊接（如仰焊）。

和手工電弧焊相比，氣體遮護金屬電弧銲接所需的設備要複雜和昂貴得多，安裝過程也比較繁瑣。因此其便利性和通用性並不好，加上需使用保護氣體，導致氣體遮護金屬電弧銲接並不適合於戶外作業。但是，熔化極氣體保護電弧焊的焊接速度較快，非常適合工廠化大規模焊接。且這一工藝適用於多種金屬，包括黑色和有色金屬。

了解更多：什麼是氣體遮護金屬電弧銲接（CO2焊接）?

包藥焊線電弧焊接(藥芯焊絲電弧焊、包藥焊線電弧焊、FCAW焊接)

與CO2焊接另一種相似的技術是包藥焊線電弧焊，它使用和熔化極氣體保護電弧焊相似的設備，但採用包覆著粉末材料的鋼質電極芯的焊絲。和標準的實心焊線相比，這種焊線更加昂貴，在焊接中會產生煙和焊渣，但使用它可以獲得更高的焊接速度和更大的焊深。

了解更多：什麼是包藥銲線電弧銲接（FCAW）?

鎢極氣體保護電弧焊接(氬焊、TIG焊接)

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潛弧焊接(SAW焊接)

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氣焊

最常見的氣焊工藝是可燃氣焊接 ，也稱為氧乙炔焰焊接。它是最古老，最通用的焊接工藝之一，但近年來在工業生產中已經不多見。它仍廣泛用於製造和維修管道，也適用於製造某些類型的金屬藝術品。可燃氣焊接不僅可以用於焊接鐵或鋼，還可用於銅焊、釺焊、加熱金屬（以便彎曲成型）、氣焰切割等。

可燃氣焊接所需的設備較簡單，也相對便宜，一般通過氧氣和乙炔混合燃燒來產生溫度約為3100攝氏度的火焰。因為火焰相對電弧更分散，可燃氣焊接的焊縫冷卻速度較慢，可能會導致更大的應力殘留和焊接變形，但這一特性簡化了高合金鋼的焊接。一種衍生的應用被稱為氣焰切割，即用氣體火焰來切割金屬。其他的氣焊工藝有空氣乙炔焊、氧氫焊、氣壓焊，它們的區別主要在於使用不同的燃料氣體。氫氧焊有時用於小物品的精密焊接，如珠寶首飾。氣焊也可用於焊接塑料，一般採用加熱空氣來焊接塑料，其工作溫度比焊接金屬要低得多。

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電阻焊

電阻焊的原理是：兩個或多個金屬表面接觸時，接觸面上會產生接觸電阻。如果在這些金屬中通過較大的電流（1,000—100,000安培），根據焦耳定律，接觸電阻大的部分會發熱，將接觸點附近的金屬熔化形成熔池。一般來說，電阻焊是一種高效、無污染的焊接工藝，但其應用因為設備成本的問題受到限制。

點焊

點焊，或稱電阻點焊，是一種流行的電阻焊工藝，用於連接疊壓在一起的金屬板，金屬板的厚度可達3毫米。兩個電極在固定金屬板的同時，還向金屬板輸送強電流。該方法的優點包括：能源利用效率較高，工件變形小，焊接速度快，易於實現自動化焊接，而且無需焊料。由於電阻點焊的焊縫強度明顯較低，這一工藝只適合於製造某些產品。它廣泛應用於汽車製造業，一輛普通汽車上由工業機器人進行的焊接點多達幾千處。一種特殊的點焊工藝可用於不鏽鋼上。

與點焊類似的一種焊接工藝稱為縫焊，它通過電極施加壓力和電流來拼接金屬板。縫焊所採用的電極是軋輥形而非點形，電極可以滾動來輸送金屬板，這使得縫焊能夠製造較長的焊縫。在過去，這種工藝被用於製造易拉罐，但現在已經很少使用。其他的電阻焊工藝包括閃光焊、凸焊、對焊等。

硬焊和軟焊

使用能在比母材更低的溫度下熔化的填料材（釬料或是軟釬料：錫）進行接合的方法，接合時不熔化母材。釬焊的用途方面，常用於要求氣密性的管子/連接器/閥門、要求耐壓性和氣密性的壓力容器、要求耐腐蝕性和耐熱性的汽車和摩托車等交通工具的零件等。另外，使用具備導電性且熔化溫度低的「軟釬料（錫）」的「錫焊」，廣泛用於電路、電氣連接器、精密電子零件等。

硬焊（硬釺焊，Brazing）和軟焊（軟釺焊，Soldering）是以熔點低於欲連接工件之熔填物填充於兩工件間，並待其凝固後將二者接合起來的一種接合法。所使用的熔填物熔點在427℃（800℉）以下者，稱為軟焊，焊接金屬427℃（800℉）以上者，稱為硬焊。

能量束焊接－高科技產業的焊接工藝

能源束焊接工藝包括雷射焊接和電子束焊接。它們都是相對較新的工藝，在高科技製造業中很受歡迎。這兩種工藝的原理相近，最顯著的區別在於它們的能量來源。雷射焊接法採用的是高度集中的雷射束，而電子束焊接法則使用在真空室中發射的電子束。由於兩種能量束都具有很高的能量密度，能量束焊接的熔深很大，而焊點很小。這兩種焊接工藝的工作速度都很快，很容易實現自動化，生產效率極高。主要缺點是設備成本極其昂貴（雖然價格一直在下降），焊縫容易發生熱裂。在這個領域的新發展是雷射複合焊，它結合了雷射焊接和電弧焊的優點，因此能夠獲得品質更高的焊縫。

固態焊接

和最早的焊接工藝鍛焊類似的是，一些現代焊接工藝也無需將材料熔化來形成連接。其中最流行的是超聲波焊接，它通過施加高頻聲波和壓力來連接金屬和熱塑塑料製成的板料和線。超聲波焊接的設備和原理都和電阻焊類似，只是輸入的不是電流而是高頻振動。這一焊接工藝焊接金屬時不會將金屬加熱到熔化，焊縫的形成依賴的是水平振動和壓力。焊接塑料的時候，則應該在熔融溫度下施加垂直方向的振動。超聲波焊接常用於製造銅或鋁質地的電氣接口，也多見於焊接複合材料。

另一種較常見固態焊接工藝是爆炸焊，它的原理是使材料在爆炸產生的高溫高壓作用下形成連接。爆炸產生的衝擊使得材料短時間內表現出可塑性，從而形成焊點，這一過程中只產生很少量的熱量。這一工藝通常用於連接不同材料的焊接，如在船體或複合板上連接鋁製部件。其他固態焊接工藝包括擠壓焊（Co-extrusion welding）、冷焊、擴散焊、摩擦焊（包括攪拌摩擦焊）、EMPT焊接、高頻焊（High frequency welding）、熱壓焊（Hot pressure welding）、感應焊、熱軋焊  (Roll welding)。

EMPT焊接

EMPT（電磁脈衝技術） 是一種 固態焊接與成形技術，透過強脈衝電流產生磁場，使導電金屬工件高速撞擊並形成原子鍵合的接合，而 不需加熱至熔點，因此無熱影響區。焊接過程中，兩工件通常預先製作成 V 型或圓錐形接觸端，在被磁壓迫推動下接觸、塑性變形，破壞表面氧化層，並形成類似波浪狀界面結構，達到高強度連接。

電磁脈衝技術（EMPT）– 一種創新的焊接方式

電磁脈衝技術（EMPT）可以在不相互接觸的情況下對金屬進行連接、焊接、成形和切割。EMPT利用電磁感應圈，從一個脈衝發生器中產生出短暫而非常強的電流。感應圈產生出的電磁場，可以瞬間壓縮或者膨脹而改變管材的直徑。由於管材表面可以短暫帶渦電流，因而此技術同樣可以處理沒有磁性的金屬，如鋁。

EMPT焊接的優點在於結合強度大，因為結合力相當於要將工件熔化的力。另外，EMPT焊接可以用在不同金屬材料上類似氦密封連接，而不產生高熱量。通常難焊的不銹鋼材料也可以使用EMPT焊接，甚至可以大批量地焊接不同的金屬，如鋼和鋁、鋼和銅、以及銅和鋁等。

焊接的發展趨勢

在了解焊接於現代的發展前，我們要先回到過去！了解焊接是如何發展的！

回到過去－焊接的起源

用加工方式連接金屬的歷史可以追溯到數千年前，早期的焊接技術見於青銅時代和鐵器時代的歐洲和中東。數千年前的兩河文明已開始使用軟釺焊技術。然而在20世紀早期，由於戰爭導致軍用設備需求增大，與之相應的金屬連接工藝受到重視，進而促進了焊接技術的發展。戰後，先後出現了幾種現代焊接技術，包括目前最流行的手工電弧焊、以及諸如氣體遮護金屬焊、埋弧焊（潛弧焊）、包藥焊線電弧焊這樣的自動或半自動焊接技術。20世紀下半葉，焊接技術的發展日新月異，雷射焊接和電子束焊接被開發出來。今天，焊接機器人在工業生產中得到了廣泛的應用。研究人員仍在深入研究焊接的本質，繼續開發新的焊接方法，並進一步提高焊接品質。

1920年代自動焊接的技術被發明，通過自動送絲裝置來保證電弧的連貫性。保護氣體在這一時期得到了廣泛的重視。因為在焊接過程中，處於高溫狀態下的金屬會與大氣中的氧氣和氮氣發生化學反應，因此產生的空泡和化合物將影響接頭的強度。解決方法是，使用氫氣、氬氣、氦氣來隔絕熔池和大氣。接下來的10年中，焊接技術的進一步發展使得諸如鋁和鎂這樣的活性金屬也能焊接。1930年代至第二次世界大戰期間，自動焊、交流電和活性劑的引入大大促進了弧焊的發展。

展望未來－焊接的未來趨勢

1. 自動化與智能化

現代焊接技術廣泛應用自動化設備與機器人系統，特別是在汽車、航空、造船等行業中。 這些系統結合了感測器、視覺辨識與AI演算法，能即時調整焊接參數，提升焊接品質與效率。 例如，AI驅動的視覺系統可分析熔池狀態，實現焊接過程的自動控制 。

2. 高能量密度焊接技術

激光焊接與電子束焊接等高能量密度技術，因其高精度、低熱影響區與高速度的特性，被廣泛應用於航空航太與精密製造領域。成為現代高科技產業中的發展主流。

3. 新材料與異種材料的焊接

現代製造業對於新材料與異種材料的需求日益增加，如鋁與鋼的連接。 因此開發了多種新型焊接工藝，如攪拌摩擦焊、磁力脈衝焊等技術。這些技術能有效解決異種材料焊接中的熱膨脹差異與金屬間化合物問題 。加上台灣近年的離岸風電產業蓬勃發展，為因應水下極端環境的需求，而促成了更多焊接材料的開發。

如何了解銲接的品質

衡量焊接品質的主要指標是焊點及其周邊材料的強度。影響強度的因素很多，包括焊接工藝、能量的注入形式、母材、填充材料、助焊劑、接頭設計形式，以及上述因素間的相互作用。通常採用有損或無損檢測來檢查焊接品質，檢測的主要對象是焊點的缺陷、殘餘應力和變形的程度、熱影響區的性質。焊接檢測有一整套規範和標準，來指導操作者採用適當的焊接工藝並判斷焊接品質。想要了解常見的焊接缺陷及檢測方法可以參考以下文章：

【延伸閱讀】焊接常見缺陷問題及探傷方法

延伸閱讀：台灣在焊接領域的發展

台灣的焊接發展由1950年代的戰後時期被引進，焊接材料從原來的進口替代一直到中鋼公司成立並建立高爐成為一個關鍵轉捩點，為本土焊材生產及下游產業提供穩定鋼材來源。後續更培養出多個台灣的銲材品牌。隨著台灣後來的高科技產業政策，焊接技術開始往自動化、智能化的方向發展。

時期	關鍵事件	里程意義
1950–1960 年代	戰後焊接技術以手工為主，逐步引進氣焊與電弧焊	建立初步焊接技術基礎，滿足民生及基礎工業需求
1963 年	成立金屬工業研究發展中心（後來成為金屬中心）	推動焊接材料與製程研發，提升國內研發能量
1970–1990 年代	中鋼焊材、廣泰銲材、天泰銲材、首銳銲材等企業興起	形成國內焊材製造體系，供應重工業與製造業需求
1980 年代	引進氬弧焊（TIG）、CO₂/MIG 自動化焊接技術	提升焊接品質與精度，支援半導體、不鏽鋼等高端應用
1990 年代以後	焊接種類與材料多樣化，加入粉芯絲、包藥焊線等製品	產品線更豐富，拓展至出口與專業應用市場
2000 年代	政府、業者推動節能焊機與三相變頻直流焊技術導入	提高能源效率，減少操作成本與人力依賴
2020 年代	導入雷射焊接與 AI 智能監控技術	自動化焊接機市場快速成長，提升焊接高端化與智慧化水平

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