Філософи і історики минулих років намагалися уявити собі історію першого людського суспільства, спираючись на міфи, перекази, археологічні дослідження. На початку ХІХ ст. в археології накопичилась більша кількість знань про знаряддя першої людини. Датський археолог К. Томсен запропонував розділити розвиток першого суспільства на три етапи: кам’яний, бронзовий та залізний. Ця класифікація була їм заснована на різноманітності матеріалів, із яких переважно виготовляли вироби в ці періоди. Однак різниця була не тільки в матеріалах, а й в способах їх обробки. Зараз ми знаємо багато способів з’єднання деталей, а в первісні часи головним, а можливо і єдиним було зв’язування. Спосіб зв’язування по часу збігається з кам’яним віком.
В бронзовому й залізному віках, коли почали освоювати метали, необхідно було створити нову технологію з’єднання. Першим способом з’єднання металів була ковальське зварювання.
Ера ковальського зварювання. За допомогою каменя відповідної форми людина почала виковувати із самородків золота, срібла, міді різні предмети вжитку. Не виключено, що цим же технологічним прийомом «сковували» разом декілька кусків металу без нагріву. Навіть в ці часи для з’єднання металів, що мали добрі пластичні властивості, застосовували холодне зварювання, основане на прикладанні деформаційних зусиль.
З появою нового матеріалу – бронзи (сплаву міді з оловом) древні спеціалісти розробили і нові способи з’єднання. Бронза мала кращі, ніж вихідні матеріали, властивості: вища твердість, міцність, стійкість до стирання. Але була менш пластична за мідь. Тому ковальське зварювання бронзових виробів з підігрівом не могло дати високої якості з’єднання. І тоді виникло ливарне зварювання, при якому краї з’єднувальних деталей заформовували (закривали спеціальною земляною сумішшю) і заливали перегрітим рідким металом. Цей присадковий метал сплавлявся з деталями і застигнувши, створював шов. Такі шви були виявлені на бронзових посудинах, що збереглися з часів Стародавньої Греції і Стародавнього Риму.
В ІІІ – ІІ тисячоліттях до н.е. в різних районах земної кулі для виготовлення предметів праці і зброї почали використовувати залізо. В процесі виготовлення цього металу важливе місце займало ковальське зварювання криж. Крижі – безформні глиби масою 10–100 кг, що складаються із зерен чистого заліза і залізистого шлаку. Крижі отримували з залізної руди при нагріванні її разом з деревним вугіллям. Спечені частини відновленого заліза, вугілля і шлаку неодноразово проковували в гарячому стані. При цьому окремі частинки заліза з’єднувались – зварювались, створюючи товстий метал, а частинки вугілля і шлаку виштовхувались. Для збільшення маси металу окремі заготівки розігрівали до білого кипіння, складали разом і проковували.
Високої майстерності досягли ковалі-зварники в виготовленні предметів праці і зброї в часи середньовіччя. З допомогою ковальського зварювання, покладаючись на досвід і інтуїцію, вони виготовляли метал, де чергувалися у визначеній послідовності шари твердої сталі і мілкого заліза.
Багаточисельні леза плугів і мечів були самозаточуючими.
Холодне, ливарне і ковальське зварювання. Це перші технологічні процеси в історії техніки, за допомогою яких люди змогли отримати нерозбірні з’єднання металів. При цих процесах міцне зчеплення поверхонь, що торкалися, досягалось за рахунок взаємодії атомів металів.
В цей час почали застосовувати пайку металу, при якій метали з’єднується за допомогою третього, легкоплавкого металу, так званого присадкового.
Перші способи зварювання були недосконалі через відсутність в ті часи потужних джерел тепла. Дуже важко було рівномірно нагрівати більшість конструкцій, складні вироби і невідкладне проколювання місця з’єднання або повністю заливати метал швидко остигав.
Тому вже в пізньому бронзову віці почали застосовувати ще один вид з’єднання металів – клепання. Перед тим, як з’єднати два металевих листа, їх підганяли один до одного, пробивали в них отвори, готовили і розігрівали заклепки, вставляли їх в отвори і розклепували кувалдою.
В середньовіччі основними будівельними матеріалами були дерево і камінь. Для їх з’єднання зварювання було не потрібне, а з виготовленням невеликої кількості металевих виробів повністю справлялись за допомогою вже відомих способів зварювання. Особливо часто застосовували клепання і ковальське зварювання.
На дорозі до сучасного зварювання. В ХVІІІ ст. виникло машинобудівне виробництво. Різко виросла потреба в металах, металевих конструкціях, засобах транспорту, механізмах, парових машинах тощо. Потрібні були нові, кращі і унікальні способи з’єднання і ремонту металевих виробів.
В кінці ХVІІІ ст. італійський фізик А. Вольт створив довго працююче джерело електричної енергії – вольт стовп. Це стало поштовхом для використання електричного струму в зварюванні. В 1802 р. російський вчений В.В. Петров відкрив явище електричної дуги і доказав можливість використання її для розплавлення металів. В 1841–1842 рр. англійський вчений Дж. Джоуль і російський вчений Є.Х. Ленц незалежно один від одного зробили відкриття: визначили кількість тепла, яке виділяється в провіднику при проходженні через нього електричного струму.
Розробкою нових джерел тепла успішно займалися і хіміки Н.Н. Бекетов (російський учений), французькі учені Б. Бертло і Ле Шательє.
В другій половині ХІХ ст. промисловість отримала нові фізико-хімічні засоби дії на метал, які почали витісняти механічні інструменти.
Явище електричної дуги, відкрите російським ученим В.В. Петровим, стало використовуватись в прожекторах і спеціальних лампах для освітлення, пристроях для випрямлення струму і управління його силою, в металургії для підігріву і плавлення металів.
Російський винахідник Н.Н. Бенардос в 1881 році винайшов спосіб дугового зварювання вугільним електродом і назвав його на честь давньогрецького бога–коваля електрогефестом. Щоб зварити деталі електричною дугою, не потрібно було нагрівати їх повністю. Металеві конструкції любих розмірів і любої конфігурації стало можливим з’єднувати міцними і щільними швами. Так з’явилось електродугове зварювання – найвидатніша знахідка ХІХ ст.
Електродугове зварювання відразу знайшло застосування в найскладнішому на ті часи виді промисловості – паровозобудуванні. Щоб полегшити процес зварювання, винахідник винайшов електродотримач, оточений газовими горілками.
Відкриття Н.Н. Бенардоса удосконалив його сучасник Н.Г. Слав’янов, замінивши вугільний електрод на металевий плавлячий. Винахідник запропонував застосувати шлак, який захищав зварний шов від попадання в нього повітря, і шов ставав міцніший і надійніший. В 1886 році англійський учений Е. Томсон і в 1887 році Н.Н. Бенардос одержали патенти на контактне зварювання. При контактному зварюванні з’єднувальні деталі затискали між електродами. Струмом, що проходив крізь деталі, вони нагрівались на окремих ділянках і стискались.
В кінці ХІХ ст. був запропонований спосіб зварювання, заснований на використанні ацетилено-кисневого полум’я.
Потужності дуги і полум’я вистачало для з’єднання сталі, меді, латуні товщиною в кілька міліметрів. Для зварювання стиків рейкових шляхів і сталевих труб застосовували терміти (зернисті суміші алюмінію або магнію з оксидами заліза). При їх згорянні утворюється металеве залізо і виділяється більша кількість тепла. Порцію терміту спалювали у вогнетривкому тиглі і розплавлену виливали в зазор між стиками.
Таким чином, в останні два десятиріччя ХІХ ст. було запропоновано перетворювати електричну енергію і енергію хімічних реакцій в тепло, необхідне для зварювання металів. Однак всі ці способи зварювання ще не витіснили клепку, тому що шви отримували невисокої якості.
Зварювання в епоху науково-технічної революції. Область використання зварювання неперервно розширювалась. Зварювання стало ведучим технологічним процесом при виготовленні і ремонті металевих конструкцій і виробів в промисловості, будівництві, транспорті, в сільському господарстві та ін. Але ще не всі способи зварювання достатньо розвинуті. Деякі тільки освоюються, можливості їх ще досліджуються, і основне використання їх – в перспективі.
Способи зварювання розділяються по виду енергії, що використовується для одержання зварного з’єднання, на механічний, хімічний, електричний, електромеханічний, хіміко-механічний, променевий та ін. Наприклад, до механічних способів відносяться: зварювання тертям, холодне, ультразвукове та ін; до хімічних – газове та термітне; до електричних – дугове, електрошлакове, плазмово-дугове та ін.
А якщо розглядати способи зварювання з позиції «хто і чим її виконує», то більшість способів можна розділити на ручні, механізовані, напівавтоматичні, автоматичні. В залежності від методів отримання зварного з’єднання розрізняють такі основні групи зварних процесів: зварювання плавленням і давленням. При зварюванні плавленням спеціальне джерело теплоти нагріває і розплавляє кромки з’єднувальних деталей на невеликій ділянці. При зварюванні давленням для схоплювання кромок їх здавлюють. Іноді для полегшення схоплювання місце зварювання нагрівають до пластичного стану металу або також до розплавлення. Більшості способів зварювання назву дано по виду енергії і фізичним властивостям, за допомогою яких забезпечуються міжатомні зв’язки в місці з’єднання.
В даний час найчастіше використовуються способи дугового зварювання.
До зварювання давленням відносяться наступні способи: контактне, газопресове, дифузійне, холодне, тертям, ультразвукове, вибухом і інші. Кожний з цих способів має певні технологічні можливості і застосовується при виготовленні конкретних виробів з урахуванням потреб і можливостей підприємства.
Газове зварювання було найбільш розповсюджене в ХХ ст., а зараз відстало від інших способів, використовується в основному при ремонтних роботах, а також там, де немає електричного струму. Можливості цього способу обмежені: газове полум’я з’єднує метал (сталь, мідь, чавун) товщиною тільки до кількох міліметрів.