由于美國對結構材料的焊接性進行了更加深化的研究，發(fā)現(xiàn)焊接性問題是一種交義性學科，因為研發(fā)焊接性涉及到鋼鐵冶金、金屬加工、物理、力學、化學、材料成形分析、斷裂韌性、金相組織、探傷分析檢驗等一系列學科，所以”鋼的焊接性問題是世界面臨的難題“，特別是在國防軍工制造行業(yè)中，結構鋼的屈服強度到底能有多高至今仍然是難題。可見有多少項目可以立項,為什么以美國為首的發(fā)達國家那么重視并一直投資研發(fā)工程結構鋼材的焊接性。
一、重視“鋼的焊接性研究”，使美國成為鋼鐵強國焊接強國
1、聯(lián)邦計劃合作R&D
除合作R&D的好處外，對已經建立合作工業(yè)伙伴中增加重點支持，這在政府代理機構和合作單位之間都認為這種重點支持具有重要的意義。
由于冷戰(zhàn)結束，許多國家實驗室開始在轉讓技術工作中努力，從以軍事項目R&D中獲利，改變?yōu)樵谏唐肥袌龌蝎@利。從而使多類卓越的研發(fā)機構與被轉讓單位成為友好合作的伙伴，并得到美國聯(lián)邦政府的支持，例如：加強防擴技術，規(guī)劃部和商業(yè)部的支持。
2、國家研究中心、研究院所和社會團體立項支持工程結構材料焊接的R&D創(chuàng)新
美國材料結合技術的研究開發(fā)和創(chuàng)新的重要部門是由研究院所和中央系統(tǒng)執(zhí)行。如今美國愛迪生焊接研究院（EWI）和美國焊接研究院（AWS）已把美國焊接研究委員會（WRC）和美國焊接協(xié)會（AWS）聯(lián)合在一起進行有關材料焊接和結合技術的研究。
3、美國焊接協(xié)會(AWS)立項支持工程結構材料焊接的R&D創(chuàng)新研究
美國焊接協(xié)會（AWS）創(chuàng)建于1919年，從此以后就一直在發(fā)展著，迄今已成為一個超過42，200名會員的國際技術和教育協(xié)會，其中包括全部專業(yè)的美國焊接協(xié)會，有一名理事長在領導協(xié)會。此外，還有24個地區(qū)分會，超過140個位于全美洲和地方的分會以及海外分會所組成。在協(xié)會許多活動中，具有一種積極執(zhí)行焊接教育計劃，包括組織研究班和各種會議來實現(xiàn)焊接計劃程序，自學文件，同時發(fā)表包括教育材料和焊接標準等，而且還能與美國能源部聯(lián)合在一起進行有關焊接技術的R&D，其中項目有：
▲Ni基合金奧氏體的凝固裂紋的研究；
▲用于焊接滲透控制的神經系統(tǒng)網絡/模糊邏輯系統(tǒng)研究；
▲Al-Fe-Si-V高溫強化合金的結合技術；
▲材料用微光-微光粘結劑粘結的材術結合區(qū)分析；
▲焊縫金屬和其等離子環(huán)境之間的氮的區(qū)分。
4、美國焊接學會（ARC）立項支持工程結構材料的研發(fā)
美國焊接學會（ARC）創(chuàng)建于1935年。學會的任務是把材料焊接和結合技術的研究與工業(yè)生產中出現(xiàn)的復雜問題協(xié)調在一起進行R&D。并為工業(yè)界提供新的，適應市場需求的機械裝置。支持學會的資金80%~90%來自工業(yè)基金和其它合作發(fā)起的基金。研究鋼鐵船舶構件的材料焊接和結合技術的資金來源就是出自美國海軍部門。而許多大學材料焊接結合研發(fā)項目資助者也是海軍部門。美國焊接協(xié)會和其壓力容器研究委員會，乃至政府代理機構都在領導和監(jiān)視此研發(fā)。ARC學會完成項目的成果以專題論文公報型式發(fā)表，或在雜志和國內外會議中發(fā)表?，F(xiàn)在的材料結合技術在ARC學會和壓力容器委員會主要項目有：
▲高合金鑄件的焊接修復；
▲雙煉不銹鋼的氫脆性；
▲熱裂紋；
▲高強度鋼的焊接性試驗；
▲焊件的韌性和疲勞性質的研究；
▲低合金鋼再熱裂紋的研發(fā)；
▲高溫焊材失效原因的研究；
▲不銹鋼鐵素體計算。
5、美國愛迪生焊接研究院(EWI)材料焊接和結合技木的研究
EWI于1984年在俄亥俄州的哥倫布建立，作為俄亥俄州年度計劃的一部分，并通過與巴特爾、俄亥俄州立大學和美國焊接研究所的部分合作。同時受到巴特爾（Battele），Ohio 國立大學和英國焊接研究院（TWI）等單位的支特。建院十年后EWI 就成為美國最大一家材料結合工程應用技求研究中心，服務于340多家會員單位，聯(lián)系了超過3000多家國內外公司、工廠和企業(yè)。提供給公司成員很寬的服務范圍，如專題會議、簽訂專業(yè)承包合同、專利和技術成果轉化和轉讓、技術培訓和教育等。每年啟動的技術研發(fā)項目有：
▲工程設計；
▲材料研發(fā)；
▲電弧焊技術擴大應用；
▲自動化；
▲激光加工；
▲電阻焊；
▲塑料和合成物的綜合技術；
▲硬釬焊；
▲軟釬焊；
▲粘合劑結合技術；
▲材料的焊接性；
▲修復技術；
▲在薄制嵌板中扭曲預言和緩和；
▲為增加焊接滲透的有效彎曲；
▲自動焊接輪廓檢驗等。
現(xiàn)代材料技術的研究啟動了包括焊接性試驗技術和修復技術在內的發(fā)展，例如得到國際上承認的，改善了焊接性試驗方法的“通用應變試驗機”，用此試驗機的材料范圍己包括合金結構鋼、不銹鋼、鎳基合金和鋁合金等。而采用這種試驗機的研究成果輸入到數(shù)據(jù)厙，用數(shù)據(jù)厙資料幫助用戶選擇合金材料和開發(fā)新型合金材料。此外，愛迪生焊接研究院一直積極研發(fā)激光工藝技術、激光修復技術、高動力激光技術等。在其研究項目中還有局部和全部領域的網絡計算程序、專家系統(tǒng)、模擬邏輯和神經網絡系統(tǒng)、仿真模擬系統(tǒng)模型，以及用于焊接時存在的盲點加以焊透的系統(tǒng)控制的機構等。
6、美國焊接研究院（AWI）材料焊接和結合技木的研究
美國焊接研究院（AWI）中材料焊接結合技術應用科學的主要工作重點是把計算機技術應用到海軍材料技術實際工作中去解決問題。而且現(xiàn)已完成了美國海軍控制焊接工程設計的計算機和控制船舶施工系統(tǒng)的計算機中。這種計算機系統(tǒng)能將設計和施工結合起來，可以把每個焊接生產進度表中的數(shù)據(jù)作為機器人軌跡計劃，進而用于避免機器人系統(tǒng)的沖突，然后機器人負責為計算機提供所有下一步計劃需焊接工作量信息。用此成果隨后又產生了模擬計算機系統(tǒng)，用于開發(fā)復合材料的結合技術。
除此以外，美國焊接研究院用開發(fā)了的數(shù)控庫、專家系統(tǒng)、模擬邏輯和神經網絡系統(tǒng)開發(fā)出局部和全部領域的網絡計算機程序。這些系統(tǒng)主要是在計算機中解決在網絡計算機程序中更加廣泛地分配問題，當然也可用于商業(yè)操作，以及中性仿真模擬系統(tǒng)模型。而這些完全的模型能在顯微切片中嵌進，從數(shù)字制定中得到任何一套基于計算、經驗數(shù)據(jù)或某些在其中的組合開發(fā)成另一種模型。這種模型又能用于對下一步前景進行預控。其中有一種模型可用于控制焊縫所需的形狀去確定所需的焊接參數(shù)。
7、美國大學完成的材料結合研發(fā)
在美國大學完成的材料結合研發(fā)項目的資金支持約80%~90％出自國家基金委員會，但許多大學也從其它工業(yè)基金會中爭取到資助。特別是由于得到國防部門的海軍部門對大學在鋼鐵材料焊接成果方面的信賴，因而也可從中得到捐助。此外，美國國家科學基金會、美國宇航局、海洋政府機關部門和能源部門等都直接支持材料結合技術的研發(fā)，而支持的學科涉及焊接冶金學，程序工藝學等。許多大學也自己設立了材料結合技術研發(fā)組。
美國俄亥俄州（OSU）國立大學焊接工程系是美國唯一的一家提供焊接工程方面的科學博士和碩士學位的大學，研究項目主要有焊接工程設計和工藝計劃、材料工程和設備、是否破壞環(huán)境的評估等。
俄亥俄州（OSU）大學的焊接工程計劃中的主要研究項目是焊接工藝控制的研發(fā)，曾經專心致力于經過改善的新的電弧焊接工藝、具有先進的遙控系統(tǒng)自動化焊接工藝設備、能控制焊接工藝質量的控制方法、激光程序裝置在CO2和混合焊中應用、激光硬?？仗摵附右约颁X激光焊接等。進而又在開發(fā)塑料和復合材料激光焊接在計算機模型中的應用。
OSU大學在焊接冶金學方面的研究活動有著很寬的工程合金用的項目光譜，主要的項目有材料焊接性的評估，特別是凝固裂紋的評估，新型結構材料的結合性、普通和新型航空和宇航材料的修復焊接，以及鋼的焊接冶金學。OSU大學特別重視使用計算機幫助程序設計。也特別重視焊接工藝和熱流計算機模擬的開發(fā)，以便在焊接結構材料中預測殘余應力和應變。其它研究項目包括材料顯微組織無損表征儀、散布顯微損傷儀、粘狀結合和合成結合中間相的數(shù)量表征、不均勻材料的制造工藝和殘余應力的非工藝感覺。
美國里海大學的大型結構中心重點項目是結構設計和施工，主要致力于構造海上采油平臺，橋梁、造船、民用設備工程的工作業(yè)績表現(xiàn)在設計結構疲勞和斷裂評估準則。
所謂焊接工藝研究是很寬的范圍，包括有激光焊接、包層金屬和切剪、水下切割、電弧焊和鍍膜技術等，許多己得到海軍部門的應用?，F(xiàn)在美國有近一百家大學和學院都進入了研發(fā)程序。
8、國家實驗室材料結合研究
在國家實驗室加入研究的材料歷來注重核能發(fā)電，武器系統(tǒng)軍事硬件（海軍，陸軍和空軍）和航空航天系統(tǒng)，雖然在過去幾年中已經將這項技術轉讓給外部制造業(yè)。目前正在國家實驗室進行的研究計劃的有：
1） 橡樹嶺（Oak Ridge）國家實驗室
當時的研究項目包括兩方面，一是工業(yè)開發(fā)，另一是模型應用。從工藝功能鐵酸鹽分解模型的項目有：焊接熱影響區(qū)和殘余應力變形預報、時間、溫度、形成和/或故障處理、Fe-Ni-Cr合金和Ni基超級合金中單一的結晶增長凝固表演、鐵素體不銹鋼焊接和鑄造中對于低溫（4750）脆性的影響等。
2）愛達荷州（Idaho）國家實驗室
主要研究項目是神經系統(tǒng)程序網絡和先進傳感器，可用于程序工藝最佳化的控制，特別是用于汽車行業(yè)的工藝控制。
3）桑迪亞（Sandia）國家實驗室
該實驗室主要具有國際熱核武器的試驗研究條件。即如結合鈹?shù)芥u和石墨形成銅的試驗，黃銅、擴結粘合化、炸藥結合化、惰性焊接和金屬/陶瓷黃銅結合研究，電子束焊接應用研究，滲透控制系統(tǒng)的開發(fā)等。
4）國家標準學會
多年前國家標準學會工作任務已從研究程序轉變?yōu)橐苯鸷惋@微組織性質的研究，研究的焦點集中于焊接工藝控制和自動化傳感器的開發(fā)?，F(xiàn)在的研究程序包括電弧傳感器到監(jiān)督器和控制電弧穩(wěn)定性的工作。此外，研究繪制實時焊接工藝地圖和測量電弤質量和保護氣體效力的研發(fā)。
二、美國一直是支持結構材料結合技術研發(fā)的投資主體
1、工程結構材料加入焊接的R&D
發(fā)達國家一直關注工程結構材料焊接和連接技術的研發(fā)。美國一直是支持結構材料結合技術研發(fā)的投資主體。但是冷戰(zhàn)結束后為了縮減它們在國內的R&D投資，使許多在美國存在專利權益矛盾糾紛而限止外流的企業(yè)，為維擴自己的生命力把R&D的成果和技術咨詢外流到海外，特別是亞洲等國家。
雖然美國工業(yè)方面的R&D投資也一直在衰退中，但是仍然有許多工業(yè)部門，在不同的材料焊接和結合技術領域中立項投資，做出對國家有重要貢獻的成果。例如：汽車工業(yè)自動化技術、宇航工業(yè)、重型制造工業(yè)、動力制造加工業(yè)、石油、天然氣和化工工業(yè)、微電子學和醫(yī)學產品工業(yè)，激光焊接和切割技木、榙合劑結合和外層覆蓋結合技術等。此外，在支柱架制造中，使用價值很高的簡潔空格迅速發(fā)展著，而且同時被汽車行業(yè)推介著。航天工業(yè)界一直為機身應用輕質材料在R&D結合技術。發(fā)動機組件用的高溫材料仍多數(shù)是以專利權方法使用為主。同樣，電子工業(yè)部門也對材料的結合技術進行廣泛的R&D，但R&D的目的仍是專利所有權人之間競爭。重型裝備、石化制品（上下游制造程序制品）、動力改進型工業(yè)部門仍在進行有限制的焊接技術的研究，因為它們直接和其自身使用程序有關。
值得強調的是，制造工業(yè)的商業(yè)行為在特殊的、廣大的使用行業(yè)中，如鋼鐵行業(yè)、鋁合金行業(yè)……，具有重大的服務責任，焊接設備制造工業(yè)部門一直就是對一般性的結構材料和其焊接技術的R&D做出重要的、有價值的貢獻。
2、焊接產品行業(yè)的發(fā)展
焊接設備和焊接材料產品生產制造企業(yè)一直對焊接和連接技術R&D投資，但是進入二十一世紀后投資的焦點改變?yōu)榭紤]當前焊接工業(yè)技術改造和市場消費者的需求。大多數(shù)電弧焊接工業(yè)程序技術現(xiàn)已相當好地被用戶理解了，因而制造廠家已把它們R&D重點改變?yōu)榻档彤a品價格，增加生產效力，擴大產品應用范圍，自動化，過程控制，以及環(huán)境保護、節(jié)能綠化等方面。此外，等離子體電弧切割也應該是繼續(xù)加強R&D，改善產品的精密性和可靠性作為重點。
由于市場很快需求替換比較便宜的變換整流裝置的原因，開始了基于動力源變換器R&D的發(fā)展。而產品制造廠家正在利用精制加工系統(tǒng)監(jiān)視電流電壓，進而發(fā)明了短的斷路繼電器產品進入市場。這種電器還可降低焊接時出現(xiàn)的飛濺。脈沖焊接技術早已使用，以后又研發(fā)出熔化金屬的沸騰噴渣技術來防止和降低發(fā)生焊接煙塵。各種變換器優(yōu)點的利用，如低重量和要求較小的設備空間，在許多應用中動力消費較小，促使人們把它們的優(yōu)點結合在一起開發(fā)。
美國焊接材料生產廠家正在開發(fā)焊劑和藥芯金屬焊絲以適應廣泛的市場需求。但至今沒有發(fā)現(xiàn)能替代污染環(huán)境，損害焊工身體健康，影響高速焊接的鍍銅焊絲。2015年中國人自主創(chuàng)新，從鐵基合金原生態(tài)合金中發(fā)明了無鍍銅焊絲，即“一種耐大氣腐蝕鐵基合金以及無鍍銅焊絲”，專利號為 ZL 201410053171.0，已有專利產業(yè)化的率先企業(yè)，正在推廣應用，替代鍍銅焊絲。
焊接材料是結構工程建設必須的材料，結構材料創(chuàng)新必須與焊接材料共同創(chuàng)新，否則結構材料進不了市場需求，即進不了產業(yè)化，特別是一些市場需求的高效能特殊材料，例如：橋梁鋼、建筑鋼、海上釆油氣平臺鋼、結構和釆礦設備鋼、船板鋼、鐵路客車鋼、高鐵鋼、汽車鋼等等鋼種。由于這些鋼種對提高強度和韌性，特別是應用優(yōu)越的焊接性有特殊要求，又引起了鋼鐵冶金工業(yè)的全面技術改造，采用控軋控冷工藝生產微合金化細晶粒、高強高韌、焊接性好的節(jié)能鋼種發(fā)展，而在其中激發(fā)了大量企業(yè)的R&D項目合作伙伴。例如：汽車和鋼材的合作開發(fā)。這兩者的合作開發(fā)促進了汽車鋼內部自動化工業(yè)的發(fā)展，進而又繼續(xù)促進了能降低鋼板厚度的低合金高強度汽車專用鋼的發(fā)展。而這類專用鋼具有無裂縫的優(yōu)點.又產生了特殊的護層薄板的焊接，特別是電阻點焊也很快進入市場。由于汽車一直在尋找降低重量的材料，鋁合金材料很快進入了汽車工業(yè)。
鋁質薄板產品早就進入工業(yè)市場，例如鋁質車輛交通工具，建筑中間道路等。此外，在鋁制產品應用的項目中有鋁型鑄太空宇航碎片式的飛行器、管式散熱器等的研究。而對鋁合金材料焊接技術的研發(fā)有電阻焊、激光焊、微動摩擦焊等。
不銹鋼產品開發(fā)的精力目前已集中在合金化成分的發(fā)展，推廣應用到管線鋼和海上釆油平臺、泵、電子管的雙煉和越雙煉材料焊接性研究，以及顯微組織和相變平衡控制等的研發(fā)。
由于鈦和鎳基合金生產的材料可以改善焊接性，改善其結構的環(huán)境和增加服務的壽命，對生產廠家產品走向市場作出了重要貢獻，并擴大應用到廣泛的工業(yè)范圍，進而可以局部替代一些重要的鐵素體鋼和不銹鋼。
3、焊接的R&D合作研究
在工業(yè)界的R&D中，一度遇到全范圍的衰退，為解脫經濟支持的困難，許多業(yè)務部門走向在國內和國外合作R&D之路。其中動力產品和石油化工工業(yè)部門就是因為焊接技術問題而成為積極的合作者，汽車和航天技術工業(yè)也隨之而來。重型結構工業(yè)研發(fā)的指導思想也發(fā)生明顯變化，把焊接技術的R&D引導到自動化工業(yè)。隨后，汽車及其主要部件工業(yè)、客車工業(yè)、交通工具工業(yè)等都和鋼鉄工業(yè)聯(lián)合在一起共同開發(fā)鋼材和焊接技術。最后引起了國際財團等的財力支持。這樣電力動力研究院、愛迪生電子研究所、美國氣體協(xié)會、石油研究所、航天工業(yè)技木院所等都得到財力支持研究開發(fā)焊接技術。
在激光電子工業(yè)中聯(lián)合開發(fā)的伙伴有計算機輔助生活循環(huán)工程、微電子和計算機輔助生活循環(huán)工程技術研究所、半導體制造工業(yè)技術都和焊接技術的R&D聯(lián)合在一起得到財力支持。歷史證明這些研究院所從此更加興旺，更沒有衰退。
三、建議
中國在上世紀五十年代就知道鋼鐵材料的重要性，毛澤東主席多次向國人宣傳；“一個鋼鐵、一個糧食，有了這兩個東西，就什么都好辦了。”又號召全國人民“趕英超美”，如今不能說是錯的，因為代表了中國人的心愿。只是中國人不了解發(fā)達國家鋼鐵工業(yè)的發(fā)展歷史，更不了解鋼鐵強國是從工程結構材料和焊接研發(fā)中發(fā)展起來的。
許祖澤，原冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院金屬焊接研究室主任、教授級高工。1956級清華大學機械系校友。
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