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从市场经济的视角看金属焊接雕塑 摘 要：文章评述了金属焊接雕塑的国内外研究现状，介绍了金属焊接雕塑的内涵与特点、发展历史及应用实例、涉及的关键技术以及未来发展趋势 关键词：金属焊接雕塑 发展历史 关键技术 发展趋势 中图分类号：F724；J3 文献标识码：A 文章编号：1004-4914（2016）01-288-05 引言 2012年9月，在新疆克拉玛依市白碱滩区举行了一场别开生面的展览：白沙滩金属焊接雕塑公园第一回废旧金属焊接雕塑实验展1。国内外10余名雕塑家创作的41件大型雕塑在白沙滩国家3A景区对外开放，吸引了大量游客的目光。早在2002年，内蒙古黄河三盛公水利风景区就开始开发利用水利工程建设过程中废弃的工程材料和机电设备，其后若干年陆续创作了大型环保雕塑“同心锁”、“天下第一筝”和“机器人”等人文和艺术气息浓厚的作品，并成为国内第一个废旧金属雕塑公园2。这些金属雕塑主体公园的落成无疑将大众的目光聚焦到了“金属雕塑”这一科学与艺术交叉融合、激动人心的领域 金属雕塑通常是利用焊接、切割等技术，通过金属在焊接、切割等过程中发生变化而最终形成独特的艺术作品，故常被称为“金属焊接雕塑”3，也有人归之为“直接金属雕塑”4或者“动态雕塑”5，在本文中统一称为金属焊接雕塑。与传统的铸铜、石刻、木雕等仰仗雕塑家“手艺”的门类不同，金属焊接雕塑考验的是雕塑家的眼力和心塑能力，完全无需事先打底稿，而是利用机器直接加工金属材料和废弃的机器零件等，通过金属材料的变形和组合完成最终的架构和造型 金属焊接雕塑的历史可以追溯到远古时代，现代焊接雕塑在西方也已有百年历史。在中国，直到上世纪80年代末才有美术学院陆续开设金属焊接雕塑课程。目前国内不少艺术高校雕塑系基本都有这门课程，然而其学术价值和市场价值仍然有待发掘。本文试图在时间尺度上厘清金属焊接雕塑的历史发展脉络，在空间尺度上详细剖析其涉及的关键科学技术问题，从而归纳分析其未来发展趋势。冀望未来有识之士能借助中国工业化进程的大好形势，把金属焊接雕塑更好地应用到城市空间和乡村土地上 一、发展历史 金属材料自人类文明诞生以来，对社会生产的发展一直都起着举足轻重的作用，特别是工业革命以后，已经成为工业生产中最为基本的组成部分。现代金属焊接雕塑可追溯到电弧焊的出现。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。随后其俄国学生Nikolai N. Benardos先后申请了英国、美国专利，但这些发明仅限于碳弧焊。1890年，底特律的C.L.Coffin获得了关于金属极电弧焊的美国专利。随后100余年，焊接技术不断发展，例如，1903发明了铝热剂焊；1930年发明埋弧自动焊；1953年发明了CO2气体保护焊；1951年和1957年先后发明了激光焊和等离子弧焊6。正是焊接技术日新月异的发展，为金属焊接雕塑艺术的出现奠定了坚实的科学技术基础 金属焊接雕塑的发展大致可以分为三个阶段：孕育期、成长期和成熟期。金属焊接雕塑这一领域起始于欧洲，孕育于20世纪初。1900年，西班牙的冈萨雷兹（Julio Gonzalez）率先利用焊接技术，使金属直接焊接成型，制作了以仙人掌1号为代表作的金属雕塑作品7。堂吉诃德（1929）和梳发女子（19311933）也是其典型代表作；1929年他与立体主义运动的创始人毕加索（Pablo Picasso）合作，一起创作雕塑和铁线结构，例如金属线结构和花园中的妇女（19291930）8。19121914年间，毕加索与另一位立体主义运动的创始人勃拉克（Georges Braque）合作创作了第一件贴有金属片的集合艺术品吉它，现存放于纽约现代美术馆9。1930年毕加索利用自行车车把和车座巧妙组合也制作了金属焊接雕塑作品公牛头（图1）10。冈萨雷兹的作品也受过罗马尼亚的布朗库西（Constantin Brancusi）的影响，后者从19世纪20年代就开始创作自己的金属雕塑，他将形体的单纯、简约看成雕塑语言的核心并赋予传统的材料和工艺手段以新的理性内涵11。通过以上叙述不难看出，20世纪初到20世纪30年代是金属焊接雕塑的孕育期，而且这一领域由于在萌芽时期就受到现代绘画和雕塑艺术的熏陶，因此一出现就站在了很高的起点上 金属焊接雕塑的成长期是20世纪40年代到20世纪60年代，这一时期典型的代表人物是戴维史密斯（David Smith）12。戴维史密斯1906年出生于美国印第安纳州，从小对机械十分感兴趣。在美国完成金属加工制造和绘画技术的学习后，于20世纪30年代接触到冈萨雷兹的焊接金属作品。钢铁厚重、有力、冷酷的材质之美与当时结构、力量、强悍的时代气息的一致性使他决心终其一生献身于钢铁的雕塑创作。在此期间他游历了欧洲诸国，并于1938年在纽约成功举办了第一次个人金属雕塑的展览。1940年，他创办“终点站铁工厂”工作室，潜心艺术创造。19421944年，他通过焊接工人雇员的经历，受机车巨大尺寸的启发，慢慢将直接金属雕塑向纪念性方向发展。1950年代，戴维史密斯进入艺术创作的多产期。其50年代典型的代表作有字母（1950）、埃及风光（1951）、哈德逊河风景（1951）等。戴维史密斯的作品从未脱离立体主义和构成主义的基本原则明晰的结构，但也有自己独特的风格。例如在立体主义设法把两度空间扩大到四维时，他却把一些雕塑的三度空间消减到两维，因此其作品风格多变，对后人影响很大。1961年起史密斯开始创作立方系列（图2），这些作品大量运用各种尺寸的立方体组建如建筑般的宏伟结构。这种艺术成为美国抽象雕塑的先导，并直接影响了上世纪60年代以后兴起的极少主义艺术。同样是在60年代，他还为意大利政府创作了另一种艺术风格迥异的系列雕塑沃特里。沃特里所用材料并非新制造的，而是利用了一家工厂的现成品。这种新的雕塑技术常被称之为“集合主义”一种将立体主义和超现实主义结合在一起的手法。总而言之，戴维史密斯的雕塑作品是美国机器时代典型产物，他在吸收欧洲现代雕塑的创作理念并发展壮大的过程中起到了关键性的作用。 史密斯的作品对英国的安东尼卡罗（Anthony Carro）和飞利浦金（Philip King）产生了很大影响。卡罗在1959接触史密斯后，开始通过焊接或螺栓组装金属构件来创作抽象雕塑，形成拼装钢板和网格形式后再涂上大胆的平面色彩13。在史密斯作品的基础上，卡罗又前进了一步，他把雕塑从底座上拿下来，直接放置到地面上，使雕塑不再是高高在上仅仅供人欣赏的物品，而是与周围环境相呼应，拉近了雕塑和观众的距离。他早期的作品正午（1960）和夏天之后（1968）是这方面典型的代表作14。另一位受史密斯的金属雕塑大师是菲利浦金，金也是卡罗在英国圣马丁艺术学校（St.Martin School of Art）的同事。金在雕塑上的创新，是由对不同材料的探索驱动的，在上世纪60年代后期，钢开始取代玻璃纤维和塑料成为他的主要材料。他特意在伦敦之外成立大型工作室以加工大尺寸的钢板。1969年的作品卷盘3是软钢用锌喷射加热而成。他早期雕塑作品的表面总是涂满颜色，厚重的颜色是金当时作品的一个核心元素15 金属焊接雕塑的成熟期是20世纪70年代到20世纪80年代。标志就是在此期间卡罗和金等人一道，在英国的圣马丁艺术学校建立了现代雕塑教学体系，培养了一大批在英国乃至世界的著名雕塑家，如白瑞弗兰那根（Barry Flanagan）、托尼柯瑞格（Tony Cragg）、理查德迪肯（Rrchard Deacon）和比尔伍卓（Bill Woodrow）等。目前全世界所采用的金属雕塑教程和教学方法基本上是延续了从冈萨雷斯到史密斯再到卡罗的雕塑传统，把雕塑家看作工匠和手工艺者，将材料和工艺过程看作艺术创造的重要组成部分，把雕塑语言的探索融入对钢铁的切割、锻造、焊接的工艺过程之中 通过金属焊接雕塑的发展历程可知，作为20世纪发展起来的新的艺术形式，科技的发展使金属材料广泛应用到社会生产生活的各个领域，时代思想的推动使金属焊接雕塑成为可能。如今，金属现成品作为现代工业文明重要观念载体，已经成为雕塑艺术中重要的艺术表现形式 尽管金属焊接雕塑在国外的发展如火如荼，但在国内却发展缓慢。计划经济体制时期，为适应广泛的社会需要，中央美术学院成立了雕塑工作队，之后组建了中国雕塑工厂，并更名为中央美术学院雕塑艺术创作研究所，成为中国雕塑发展的中坚力量。早在1958年，中国美院的李秀勤就开始做金属焊接雕塑16，但直接金属雕塑作为国内艺术院校的课程却是始于20世纪90年代了17。1997年，我国香港著名金属雕塑家文楼先生向中央美术学院雕塑系捐建了“文楼金属工作室”的基本设备，大大促进了金属雕塑的教学。此后，伴随着经济的迅速发展和社会需要的增大，各类美术院校纷纷建立雕塑专业，招生数量年年创新高，雕塑设计如雨后春笋般发展壮大。金属雕塑教学作为美术院校一个重要的雕塑学科基础，中国美院、鲁迅美术学院、清华美院和广州美院等院校都建立了各具特色的金属教学体系。中国雕塑学会也于2008年9月在北京798创意广场举办了“金属之声”雕塑展，力图推动创作和学术研究。但不得不指出，就中国当代雕塑的整体状况来看，有关金属雕塑与抽象雕塑的创作与研究，还不够深入与全面。如何从学术基础的层面提升中国金属雕塑的艺术水准，除了需要艺术家组织更多的学术展览外，也需要精通金属加工技术的专业人士介入来共同推动中国金属雕塑的现代转型 中国的金属焊接雕塑在计划经济体制下产生，并在市场经济条件下发展壮大。在市场经济的背景下，随着国民素质的不断提高、艺术创作的前卫性及焊接雕塑与经济发展相适应的理性思考日趋增强，必将推进中国的焊接雕塑的市场化进程 二、关键技术 金属焊接雕塑需要那些金属加工方面的关键技术呢？显然焊接技术是最为关键的；其次，切割技术在不少金属雕塑作品中往往也是必不可少的；最后，为了使最终作品更加美观，往往辅助一些热处理、酸处理、着色、抛光和涂刷等工艺措施。本文这一部分将重点介绍焊接和切割方面的专业知识 根据国际焊接协会的定义，焊接是指通过加热或者加压或两者并用，使被焊材料达到原子间的结合，从而形成永久性连接的工艺18。焊接需要外加能量，如火焰、电弧、电阻、超声波、摩擦、等离子弧、电子束、激光和微波等都可以为其所用19。常规的焊接方法主要是焊条电弧焊、气体保护焊和埋弧焊。目前来看在金属焊接雕塑创作中得到应用的主要是手工电弧焊、氩弧焊和CO2气体保护焊。但随着该领域的进一步发展，不排除一些先进的高能束焊接方法如电子束焊、等离子弧焊和激光焊等得到开发和应用。切割往往是金属焊接中必不可少的步骤。金属切割的方法也很多，比如火焰切割、等离子切割、激光切割等，主要根据所要求的切割质量和经济性方面来选择。考虑到一些大型的金属焊接雕塑往往是露天摆放，因此不可避免会面临风化、生锈等问题，所在选材时要考虑金属材质的物理和化学稳定性问题，必要时在作品完成后进行一些辅助的工艺措施处理。此外，金属材质不同，其焊接性往往差别很大，对从事雕塑创作的人员也有必要了解一下这方面的知识 1.手工电弧焊。手工电弧焊是一种最常见的焊接方法。虽然焊接技术日新月异，各种新的焊接方法层出不穷。但手工电弧焊一直在工业生产中占有非常重要的地位。由于其操作简单、入门容易、设备便于携带、对外部条件也没有特殊的要求，所以手工电弧焊在金属雕塑创作中也可以大显身手。手工电弧焊焊接的质量固然与操作者的技术有关，但焊接参数的有效把握才是关键。主要的焊接技术参数有焊条的种类和直径、焊接电流和电压、焊接速度和焊接层数等。选择焊条时一般考虑“等强原则”，即要求焊缝金属与母材等强度。对形状复杂或厚大的构件应选用抗拉性好的低氢焊条；对坡口不便于清理的构件应选用对水锈不敏感的酸性焊条。焊条的直径是根据焊件厚度、焊接位置、接头形式和焊接层数等进行选择的。根据工件厚度选择时可参照表120。焊接电流是手工电弧焊的主要焊接参数，也是在操作过程中需要调节的参数，而焊接速度和电弧电压都是由焊工控制的。焊接电流的选择要充分考虑焊条直径、焊接位置和焊道层次等因素，表2是常用的各种直径焊条适合的焊接电流参考值20。 2.氩弧焊。氩弧焊是用氩气作为气体保护的一种电弧焊，即用氩气把空气与焊接区域分隔，防止焊区的氧化21。氩弧焊可分为钨极氩弧焊（TIG）和熔化极氩弧焊两种。TIG焊的优点是由于熔池受氩气保护，可以得到高质量的焊接接头，几乎所有金属和合金都可使用这种焊接方法；电弧稳定，可以焊接从半个毫米到100毫米不同厚度的板材；焊接位置不受限制；焊接去几乎无烟尘和飞溅，便于观察焊接施工情况。正是由于这些优点，在金属焊接雕塑创作中TIG焊是除手工电弧焊外另一种被广泛采用的焊接方法。图3是笔者带领的大学生创新团队利用手工氩弧焊将4mm×50mm厚1mm的不锈钢长竿与15mm厚0.8mm的不锈钢球焊接起来的实例。需要指出的是TIG焊要求操作者经过较长时间的培训并具有灵巧的操作技艺。另外，根据使用的电源种类，TIG焊分为交流、直流及脉冲TIG焊三种。直流TIG焊又可分为直流正接和直流反接两种，前者指工件接电源正极，钨极接电源负极，后者则相反。大多数金属（除铝、镁），一般选择直流正接为好；铝、镁及其合金则以选用交流铝、镁为好，若是薄件，也可选用直流反接法。熔化极氩弧焊是熔化极惰性气体保护焊（MIG）的一种，可适应大型构件和所有金属，也可进行全位置焊接。与TIG焊不同，MIG焊采用焊丝作为电极，电流可以很大。但缺点是MIG焊所用氩气比TIG焊多，氩气的价格也相对较贵。在金属焊接雕塑创作时，可以根据实际情况选择合适的焊接方法。在对焊缝成形控制不是很严格的情况下，用CO2气体取代氩气的CO2气体保护弧焊不失为一种选择。后者也是MIG焊的一种，具有焊接速度快、焊接变形小、抗锈能力强、焊接成本低的特点，可广泛应用于低碳钢、低合金钢等黑色金属的焊接 3.高能束焊接方法。高能束流（Hign Energy Density Beam）加工技术包含了以激光束、电子束和等离子弧为热源对材料或构件进行特种加工的各类工艺方法19。高能束焊接的功率密度可达105W/cm2以上，具有可精密控制的微焦点和高速扫描技术的特性，可实现位材料的深穿透、高速加热和高速冷却的全方位加工。其中电子束焊（Electron Beam Welding）是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或者非真空中的焊接所产生的热能进行焊接的方法，既可以焊接结构庞大的构件，也可以焊接微小精密的构件。变截面电子束焊技术的出现，可以实现复杂构件的一次焊接成形。激光焊（Laser Beam Welding）是以聚焦的激光束作为能源轰击焊接所产生的热量进行焊接的方法。激光焊可以与MIG焊复合，焊缝成形美观。等离子弧焊（Plasma Arc Welding）是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子体弧进行焊接的方法。需要说明的是，目前先进的高能束焊接方法在金属焊接雕塑创作中应用的例子还很鲜见，但由于高能束焊独特的优势和一些新工艺的不断涌现和普及，进入金属雕塑领域是迟早的事 4.切割技术。金属焊接雕塑固然可以充分利用现有的金属材质，但有时为了更能体现雕塑家的思想可能需要对金属材质进行机械加工。其中进行切割就是一种最重要的手段。金属切割的方法有火焰切割、等离子切割和激光切割三种，主要是根据金属的类型、厚度和数量来选择。火焰切割是应用最早的，20世纪初已经出现22。其原理是通过燃料气体（如乙炔）和氧气和钢铁产生化学反应来加热金属。优点是设备成本低廉、缺点是仅适合切割碳钢等，对不锈钢和铝则不适用。另外，割炬需要预热并且队操作者的使用技巧要求很高。等离子切割是20世纪50年代发明的一种通过精确控制电弧来切割金属的方法23。其优点是可以适用于很多不同种类的金属，例如：低碳钢、不锈钢、铝和铜等有色金属。缺点是设备复杂，成本较高。激光束切割和激光焊接一样，出现于20世纪50年代24。主要有气体和固态两类。其优缺点和等离子切割比较类似，但与后者相比，激光可用于精密切割，可以切割非常薄的钢材。图4（a）和（b）是北京工业大学激光工程研究院利用激光二维和三维精细切割的自行车艺术品和航空发动机叶形孔，其中不锈钢板材的厚度都是1mm 5.焊后处理。一座接近完工的金属焊接雕塑是否需要焊后处理取决于雕塑家的艺术思想以及应用单位的具体要求。如果雕塑家希望体现的是大型金属雕塑的材质之美、焊缝肌理之美和气势磅礴的粗犷之美则无需任何后处理。但如果根据金属雕塑的摆放和设计要求，希望其能够具有防锈、与周围环境匹配、预防社会安全等特殊需求，则应该进行钝化处理、着色和表面处理等工艺措施。例如，铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能，比较适合进行金属雕塑创作。然而铸铁件在露天摆放时会大量生锈，从而影响雕塑作品的艺术价值。简单的机械式去锈往往难以达到去锈目的，比较适宜的方式是利用化学清洗方法进行钝化处理25。在本文第一部分提过英国的安东尼卡罗善于通过焊接或螺栓组装金属构件来创作抽象雕塑，并在钢材上利用油漆涂上大胆的平面色彩。例如其作品正午（黄色）、夏天之后（银白色）和装饰（红色）。有意思的是，为了体现其创作思想，终结作品虽然利用了易生锈的钢材和铸铁，但却没有涂色 6.金属焊接性。目前出现的金属焊接雕塑作品所选金属材质的种类还比较有限，由于学时限制，在大多数国内艺术院校的课程尚未如工科院校一样单独开设焊接专业的课程。但随着金属焊接雕塑行业的不断发展，艺术家必将突破目前材料的限制，采纳更加多样化的材质来满足其艺术创作。因此，适当了解一些焊接原理方面的知识是很有必要的。焊接性指的是金属材料是否能适应焊接加工而形成完整的、具有一定使用性能的焊接接头的特性26。雕塑家并没必要深入掌握各种评价工艺焊接性的试验方法，但简单了解各类材料焊接时易出现的问题和预防焊接缺陷的措施无疑是有益的。例如：低合金高强度钢的焊接要考虑裂纹的问题和脆化、软化的问题；不锈钢和耐热钢焊接要考虑其耐蚀性问题，奥氏体不锈钢要注意防止焊接热裂纹，马氏体不锈钢要考虑焊接冷裂纹；有色金属焊接时共同的问题是气孔和夹杂，另外铝合金要考虑其软化问题、钛合金要考虑脆化问题、铜合金要注意焊不透的问题。对从事金属焊接雕塑创作的艺术家来说，并无必要掌握这些焊接问题的起因，但在创作时考虑这些焊接缺陷对最终作品造成的后果还是必要的。