由于美國對結(jié)構(gòu)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(xué)科，因為研發(fā)焊接性涉及到鋼鐵冶金、金屬加工、物理、力學(xué)、化學(xué)、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(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jīng)建立合作工業(yè)伙伴中增加重點支持，這在政府代理機構(gòu)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(jié)束，許多國家實驗室開始在轉(zhuǎn)讓技術(shù)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(gòu)與被轉(zhuǎn)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(shù)，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(jié)構(gòu)材料焊接的R&D創(chuàng)新
美國材料結(jié)合技術(shù)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(guān)材料焊接和結(jié)合技術(shù)的研究。
3、美國焊接協(xié)會(AWS)立項支持工程結(jié)構(gòu)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(shù)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(lǐng)導(dǎo)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(xué)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(guān)焊接技術(shù)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(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)/模糊邏輯系統(tǒng)研究；
▲Al-Fe-Si-V高溫強化合金的結(jié)合技術(shù)；
▲材料用微光-微光粘結(jié)劑粘結(jié)的材術(shù)結(jié)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(xué)會（ARC）立項支持工程結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)
美國焊接學(xué)會（ARC）創(chuàng)建于1935年。學(xué)會的任務(wù)是把材料焊接和結(jié)合技術(shù)的研究與工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的復(fù)雜問題協(xié)調(diào)在一起進行R&D。并為工業(yè)界提供新的，適應(yīng)市場需求的機械裝置。支持學(xué)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(gòu)件的材料焊接和結(jié)合技術(shù)的資金來源就是出自美國海軍部門。而許多大學(xué)材料焊接結(jié)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(gòu)都在領(lǐng)導(dǎo)和監(jiān)視此研發(fā)。ARC學(xué)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(nèi)外會議中發(fā)表?，F(xiàn)在的材料結(jié)合技術(shù)在ARC學(xué)會和壓力容器委員會主要項目有：
▲高合金鑄件的焊接修復(fù)；
▲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(zhì)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(jié)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(xué)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(xué)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(jié)合工程應(yīng)用技求研究中心，服務(wù)于340多家會員單位，聯(lián)系了超過3000多家國內(nèi)外公司、工廠和企業(yè)。提供給公司成員很寬的服務(wù)范圍，如專題會議、簽訂專業(yè)承包合同、專利和技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)讓、技術(shù)培訓(xùn)和教育等。每年啟動的技術(shù)研發(fā)項目有：
▲工程設(shè)計；
▲材料研發(fā)；
▲電弧焊技術(shù)擴大應(yīng)用；
▲自動化；
▲激光加工；
▲電阻焊；
▲塑料和合成物的綜合技術(shù)；
▲硬釬焊；
▲軟釬焊；
▲粘合劑結(jié)合技術(shù)；
▲材料的焊接性；
▲修復(fù)技術(shù)；
▲在薄制嵌板中扭曲預(yù)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(shù)的研究啟動了包括焊接性試驗技術(shù)和修復(fù)技術(shù)在內(nèi)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(yīng)變試驗機”，用此試驗機的材料范圍己包括合金結(jié)構(gòu)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(shù)、激光修復(fù)技術(shù)、高動力激光技術(shù)等。在其研究項目中還有局部和全部領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)計算程序、專家系統(tǒng)、模擬邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(gòu)等。
6、美國焊接研究院（AWI）材料焊接和結(jié)合技木的研究
美國焊接研究院（AWI）中材料焊接結(jié)合技術(shù)應(yīng)用科學(xué)的主要工作重點是把計算機技術(shù)應(yīng)用到海軍材料技術(shù)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(shè)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(shè)計和施工結(jié)合起來，可以把每個焊接生產(chǎn)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(zé)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(chǎn)生了模擬計算機系統(tǒng)，用于開發(fā)復(fù)合材料的結(jié)合技術(shù)。
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(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)出局部和全部領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)計算機程序。這些系統(tǒng)主要是在計算機中解決在網(wǎng)絡(luò)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(jīng)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(yù)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(xué)完成的材料結(jié)合研發(fā)
在美國大學(xué)完成的材料結(jié)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(xué)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(xué)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(xué)基金會、美國宇航局、海洋政府機關(guān)部門和能源部門等都直接支持材料結(jié)合技術(shù)的研發(fā)，而支持的學(xué)科涉及焊接冶金學(xué)，程序工藝學(xué)等。許多大學(xué)也自己設(shè)立了材料結(jié)合技術(shù)研發(fā)組。
美國俄亥俄州（OSU）國立大學(xué)焊接工程系是美國唯一的一家提供焊接工程方面的科學(xué)博士和碩士學(xué)位的大學(xué)，研究項目主要有焊接工程設(shè)計和工藝計劃、材料工程和設(shè)備、是否破壞環(huán)境的評估等。
俄亥俄州（OSU）大學(xué)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(jīng)專心致力于經(jīng)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(shè)備、能控制焊接工藝質(zhì)量的控制方法、激光程序裝置在CO2和混合焊中應(yīng)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(fù)合材料激光焊接在計算機模型中的應(yīng)用。
OSU大學(xué)在焊接冶金學(xué)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(jié)構(gòu)材料的結(jié)合性、普通和新型航空和宇航材料的修復(fù)焊接，以及鋼的焊接冶金學(xué)。OSU大學(xué)特別重視使用計算機幫助程序設(shè)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(jié)構(gòu)材料中預(yù)測殘余應(yīng)力和應(yīng)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(jié)合和合成結(jié)合中間相的數(shù)量表征、不均勻材料的制造工藝和殘余應(yīng)力的非工藝感覺。
美國里海大學(xué)的大型結(jié)構(gòu)中心重點項目是結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工，主要致力于構(gòu)造海上采油平臺，橋梁、造船、民用設(shè)備工程的工作業(yè)績表現(xiàn)在設(shè)計結(jié)構(gòu)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(shù)等，許多己得到海軍部門的應(yīng)用。現(xiàn)在美國有近一百家大學(xué)和學(xué)院都進入了研發(fā)程序。
8、國家實驗室材料結(jié)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(jīng)將這項技術(shù)轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)力變形預(yù)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(jié)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(jīng)系統(tǒng)程序網(wǎng)絡(luò)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(jié)合鈹?shù)芥u和石墨形成銅的試驗，黃銅、擴結(jié)粘合化、炸藥結(jié)合化、惰性焊接和金屬/陶瓷黃銅結(jié)合研究，電子束焊接應(yīng)用研究，滲透控制系統(tǒng)的開發(fā)等。
4）國家標準學(xué)會
多年前國家標準學(xué)會工作任務(wù)已從研究程序轉(zhuǎn)變?yōu)橐苯鸷惋@微組織性質(zhì)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)。現(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(zhì)量和保護氣體效力的研發(fā)。
二、美國一直是支持結(jié)構(gòu)材料結(jié)合技術(shù)研發(fā)的投資主體
1、工程結(jié)構(gòu)材料加入焊接的R&D
發(fā)達國家一直關(guān)注工程結(jié)構(gòu)材料焊接和連接技術(shù)的研發(fā)。美國一直是支持結(jié)構(gòu)材料結(jié)合技術(shù)研發(fā)的投資主體。但是冷戰(zhàn)結(jié)束后為了縮減它們在國內(nèi)的R&D投資，使許多在美國存在專利權(quán)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(shù)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(jié)合技術(shù)領(lǐng)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(shù)、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(xué)和醫(yī)學(xué)產(chǎn)品工業(yè)，激光焊接和切割技木、榙合劑結(jié)合和外層覆蓋結(jié)合技術(shù)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(yīng)用輕質(zhì)材料在R&D結(jié)合技術(shù)。發(fā)動機組件用的高溫材料仍多數(shù)是以專利權(quán)方法使用為主。同樣，電子工業(yè)部門也對材料的結(jié)合技術(shù)進行廣泛的R&D，但R&D的目的仍是專利所有權(quán)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(shù)的研究，因為它們直接和其自身使用程序有關(guān)。
值得強調(diào)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(wù)責(zé)任，焊接設(shè)備制造工業(yè)部門一直就是對一般性的結(jié)構(gòu)材料和其焊接技術(shù)的R&D做出重要的、有價值的貢獻。
2、焊接產(chǎn)品行業(yè)的發(fā)展
焊接設(shè)備和焊接材料產(chǎn)品生產(chǎn)制造企業(yè)一直對焊接和連接技術(shù)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(shù)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(shù)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(chǎn)品價格，增加生產(chǎn)效力，擴大產(chǎn)品應(yīng)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(yīng)該是繼續(xù)加強R&D，改善產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)早已使用，以后又研發(fā)出熔化金屬的沸騰噴渣技術(shù)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(shè)備空間，在許多應(yīng)用中動力消費較小，促使人們把它們的優(yōu)點結(jié)合在一起開發(fā)。
美國焊接材料生產(chǎn)廠家正在開發(fā)焊劑和藥芯金屬焊絲以適應(yīng)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(chǎn)業(yè)化的率先企業(yè)，正在推廣應(yīng)用，替代鍍銅焊絲。
焊接材料是結(jié)構(gòu)工程建設(shè)必須的材料，結(jié)構(gòu)材料創(chuàng)新必須與焊接材料共同創(chuàng)新，否則結(jié)構(gòu)材料進不了市場需求，即進不了產(chǎn)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(jié)構(gòu)和釆礦設(shè)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(yīng)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(shù)改造，采用控軋控冷工藝生產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)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(zhì)薄板產(chǎn)品早就進入工業(yè)市場，例如鋁質(zhì)車輛交通工具，建筑中間道路等。此外，在鋁制產(chǎn)品應(yīng)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(shù)的研發(fā)有電阻焊、激光焊、微動摩擦焊等。
不銹鋼產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)的材料可以改善焊接性，改善其結(jié)構(gòu)的環(huán)境和增加服務(wù)的壽命，對生產(chǎn)廠家產(chǎn)品走向市場作出了重要貢獻，并擴大應(yīng)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(jīng)濟支持的困難，許多業(yè)務(wù)部門走向在國內(nèi)和國外合作R&D之路。其中動力產(chǎn)品和石油化工工業(yè)部門就是因為焊接技術(shù)問題而成為積極的合作者，汽車和航天技術(shù)工業(yè)也隨之而來。重型結(jié)構(gòu)工業(yè)研發(fā)的指導(dǎo)思想也發(fā)生明顯變化，把焊接技術(shù)的R&D引導(dǎo)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(shù)。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(shù)。
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(shù)研究所、半導(dǎo)體制造工業(yè)技術(shù)都和焊接技術(shù)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(jié)構(gòu)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(xué)機械系校友。
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