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NBA押注平台美欧钢铁工业发展经历了一个世纪,其中有“一战”前后时期,钢铁工业生产了碳素钢,同时又出现了电弧焊接技术能把钢材和焊接熔合在一起为战争使用,从此形成国家对钢铁工业和焊接技术的重视,对钢铁工业发展的投资。“二战”中,焊接很快把钢板焊成船舶、坦克、载重汽车、飞机等参加战争,为赢得这场战争的胜利起到重要作用。由于美苏继续争霸,美国“二战”胜利后继续投资于钢铁工业中工程结构材料和焊接技术的研究开发。很快在美国和欧洲的汽车生产、铁路运输车辆和装备、油气管道、压力容器、锅炉、机械装备、海上采油气平台、房屋建筑、特别在国防工业等中广泛应用。

由于美国对结构材料的焊接性进行了更加深化的研究,发现焊接性问题是一种交义性学科,因为研发焊接性涉及到钢铁冶金、金属加工、物理、力学、化学、材料成形分析、断裂韧性、金相组织、探伤分析检验等一系列学科,所以”钢的焊接性问题是世界面临的难题“,特别是在国防军工制造行业中,结构钢的屈服強度到底能有多高至今仍然是难题。可见有多少项目可以立项,为什么以美国为首的发达国家那么重视并一直投资研发工程结构钢材的焊接性。

一、重视“钢的焊接性研究”,使美国成为钢铁强国焊接強国

NBA押注平台1、联邦计划合作R&D

除合作R&D的好处外,对已经建立合作工业伙伴中增加重点支持,这在政府代理机构和合作单位之间都认为这种重点支持具有重要的意义。

由于冷战结束,许多国家实验室开始在转让技术工作中努力,从以军事项目R&D中获利,改变为在商品市场化中获利。从而使多类卓越的研发机构与被转让单位成为友好合作的伙伴中国钢铁合金材料,并得到美国联邦政府的支持,例如:加强防扩技术,规划部和商业部的支持。

NBA押注平台2、国家研究中心、研究院所和社会团体立项支持工程结构材料焊接的R&D创新

美国材料结合技术的研究开发和创新的重要部门是由研究院所和中央系统执行。如今美国爱迪生焊接研究院(EWI)和美国焊接研究院(AWS)已把美国焊接研究委员会(WRC)和美国焊接协会(AWS)联合在一起进行有关材料焊接和结合技术的研究。

3、美国焊接协会(AWS)立项支持工程结构材料焊接的R&D创新研究

美国焊接协会(AWS)创建于1919年,从此以后就一直在发展着,迄今已成为一个超过42,200名会员的国际技术和教育协会,其中包括全部专业的美国焊接协会,有一名理事长在领导协会。此外,还有24个地区分会,超过140个位于全美洲和地方的分会以及海外分会所组成。在协会许多活动中,具有一种积极执行焊接教育计划,包括组织研究班和各种会议来实现焊接计划程序,自学文件,同时发表包括教育材料和焊接标准等,而且还能与美国能源部联合在一起进行有关焊接技术的R&D,其中项目有:

▲Ni基合金奥氏体的凝固裂纹的研究;

▲用于焊接渗透控制的神经系统网络/模糊逻辑系统研究;

▲Al-Fe-Si-V高温強化合金的结合技术;

▲材料用微光-微光粘结剂粘结的材术结合区分析;

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▲焊缝金属和其等离子环境之间的氮的区分。

4、美国焊接学会(ARC)立项支持工程结构材料的研发

美国焊接学会(ARC)创建于1935年。学会的任务是把材料焊接和结合技术的研究与工业生产中出现的复杂问题协调在一起进行R&D。并为工业界提供新的,适应市场需求的机械装置。支持学会的资金80%~90%来自工业基金和其它合作发起的基金。研究钢铁船舶构件的材料焊接和结合技术的资金来源就是出自美国海军部门。而许多大学材料焊接结合研发项目资助者也是海军部门。美国焊接协会和其压力容器研究委员会,乃至政府代理机构都在领导和监视此研发。ARC学会完成项目的成果以专题论文公报型式发表,或在杂志和国内外会议中发表。现在的材料结合技术在ARC学会和压力容器委员会主要项目有:

▲高合金铸件的焊接修复;

▲双炼不锈钢的氢脆性;

▲热裂纹;

▲高强度钢的焊接性试验;

▲焊件的韧性和疲劳性质的研究;

▲低合金钢再热裂纹的研发;

▲高温焊材失效原因的研究;

▲不锈钢铁素体计算。

5、美国爱迪生焊接研究院(EWI)材料焊接和结合技木的研究

EWI于1984年在俄亥俄州的哥伦布建立,作为俄亥俄州年度计划的一部分,并通过与巴特尔、俄亥俄州立大学和美国焊接研究所的部分合作。同时受到巴特尔(Battele),Ohio 国立大学和英国焊接研究院(TWI)等单位的支特。建院十年后EWI 就成为美国最大一家材料结合工程应用技求研究中心,服务于340多家会员单位,联系了超过3000多家国内外公司、工厂和企业。提供给公司成员很宽的服务范围,如专题会议、签订专业承包合同、专利和技术成果转化和转让、技术培训和教育等。每年启动的技术研发项目有:

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▲工程设计;

▲材料研发;

▲电弧焊技术扩大应用;

▲自动化;

▲激光加工;

▲电阻焊;

▲塑料和合成物的综合技术;

▲硬钎焊;

▲软钎焊;

▲粘合剂结合技术;

▲材料的焊接性;

▲修复技术;

▲在薄制嵌板中扭曲预言和缓和;

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▲为增加焊接渗透的有效弯曲;

▲自动焊接轮廓检验等。

现代材料技术的研究启动了包括焊接性试验技术和修复技术在内的发展,例如得到国际上承认的,改善了焊接性试验方法的“通用应变试验机”,用此试验机的材料范围己包括合金结构钢、不锈钢、镍基合金和铝合金等。而采用这种试验机的研究成果输入到数据厍,用数据厍资料帮助用户选择合金材料和开发新型合金材料。此外,爱迪生焊接研究院一直积极研发激光工艺技术、激光修复技术、高动力激光技术等。在其研究项目中还有局部和全部领域的网络计算程序、专家系统、模拟逻辑和神经网络系统、仿真模拟系统模型,以及用于焊接时存在的盲点加以焊透的系统控制的机构等。

6、美国焊接研究院(AWI)材料焊接和结合技木的研究

美国焊接研究院(AWI)中材料焊接结合技术应用科学的主要工作重点是把计算机技术应用到海军材料技术实际工作中去解决问题。而且现已完成了美国海军控制焊接工程设计的计算机和控制船舶施工系统的计算机中。这种计算机系统能将设计和施工结合起来,可以把每个焊接生产进度表中的数据作为机器人轨迹计划,进而用于避免机器人系统的冲突,然后机器人负责为计算机提供所有下一步计划需焊接工作量信息。用此成果隨后又产生了模拟计算机系统,用于开发复合材料的结合技术。

除此以外,美国焊接研究院用开发了的数控库、专家系统、模拟逻辑和神经网络系统开发出局部和全部领域的网络计算机程序。这些系统主要是在计算机中解决在网络计算机程序中更加广泛地分配问题,当然也可用于商业操作,以及中性仿真模拟系统模型。而这些完全的模型能在显微切片中嵌进,从数字制定中得到任何一套基于计算、经验数据或某些在其中的组合开发成另一种模型。这种模型又能用于对下一步前景进行预控。其中有一种模型可用于控制焊缝所需的形状去确定所需的焊接参数。

7、美国大学完成的材料结合研发

在美国大学完成的材料结合研发项目的资金支持约80%~90%出自国家基金委员会,但许多大学也从其它工业基金会中争取到资助。特别是由于得到国防部门的海军部门对大学在钢铁材料焊接成果方面的信赖,因而也可从中得到捐助。此外,美国国家科学基金会、美国宇航局、海洋政府机关部门和能源部门等都直接支持材料结合技术的研发,而支持的学科涉及焊接冶金学,程序工艺学等。许多大学也自己设立了材料结合技术研发组。

美国俄亥俄州(OSU)国立大学焊接工程系是美国唯一的一家提供焊接工程方面的科学博士和硕士学位的大学中国钢铁合金材料,研究项目主要有焊接工程设计和工艺计划、材料工程和设备、是否破坏环境的评估等。

俄亥俄州(OSU)大学的焊接工程计划中的主要研究项目是焊接工艺控制的研发,曾经专心致力于经过改善的新的电弧焊接工艺、具有先进的遥控系统自动化焊接工艺设备、能控制焊接工艺质量的控制方法、激光程序装置在CO2和混合焊中应用、激光硬模空虚焊接以及铝激光焊接等。进而又在开发塑料和复合材料激光焊接在计算机模型中的应用。

OSU大学在焊接冶金学方面的研究活动有着很宽的工程合金用的项目光谱,主要的项目有材料焊接性的评估,特别是凝固裂纹的评估,新型结构材料的结合性、普通和新型航空和宇航材料的修复焊接,以及钢的焊接冶金学。OSU大学特别重视使用计算机帮助程序设计。也特别重视焊接工艺和热流计算机模拟的开发,以便在焊接结构材料中预测残余应力和应变。其它研究项目包括材料显微组织无损表征仪、散布显微损伤仪、粘状结合和合成结合中间相的数量表征、不均匀材料的制造工艺和残余应力的非工艺感觉。

美国里海大学的大型结构中心重点项目是结构设计和施工,主要致力于构造海上采油平台,桥梁、造船、民用设备工程的工作业绩表现在设计结构疲劳和断裂评估准则。

所谓焊接工艺研究是很宽的范围,包括有激光焊接、包层金属和切剪、水下切割、电弧焊和镀膜技术等,许多己得到海军部门的应用。现在美国有近一百家大学和学院都进入了研发程序。

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8、国家实验室材料结合研究

在国家实验室加入研究的材料历来注重核能发电,武器系统军事硬件(海军,陆军和空军)和航空航天系统,虽然在过去几年中已经将这项技术转让给外部制造业。目前正在国家实验室进行的研究计划的有:

1) 橡树岭(Oak Ridge)国家实验室

当时的研究项目包括两方面,一是工业开发,另一是模型应用。从工艺功能铁酸盐分解模型的项目有:焊接热影响区和残余应力变形预报、时间、温度、形成和/或故障处理、Fe-Ni-Cr合金和Ni基超级合金中单一的结晶增長凝固表演、铁素体不锈钢焊接和铸造中对于低温(4750)脆性的影响等。

2)爱达荷州(Idaho)国家实验室

主要研究项目是神经系统程序网络和先进传感器,可用于程序工艺最佳化的控制,特别是用于汽车行业的工艺控制。

3)桑迪亚(Sandia)国家实验室

该实验室主要具有国际热核武器的试验研究条件。即如结合铍到钨和石墨形成铜的试验,黄铜、扩结粘合化、炸药结合化、惰性焊接和金属/陶瓷黄铜结合研究,电子束焊接应用研究,渗透控制系统的开发等。

4)国家标准学会

多年前国家标准学会工作任务已从研究程序转变为冶金和显微组织性质的研究,研究的焦点集中于焊接工艺控制和自动化传感器的开发。现在的研究程序包括电弧传感器到监督器和控制电弧稳定性的工作。此外,研究绘制实时焊接工艺地图和测量电弤质量和保护气体效力的研发。

二、美国一直是支持结构材料结合技术研发的投资主体

1、工程结构材料加入焊接的R&D

发达国家一直关注工程结构材料焊接和连接技术的研发。美国一直是支持结构材料结合技术研发的投资主体。但是冷战结束后为了缩减它们在国内的R&D投资,使许多在美国存在专利权益矛盾纠纷而限止外流的企业,为维扩自己的生命力把R&D的成果和技术咨询外流到海外,特别是亚洲等国家。

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虽然美国工业方面的R&D投资也一直在衰退中,但是仍然有许多工业部门,在不同的材料焊接和结合技术领域中立项投资,做出对国家有重要贡献的成果。例如:汽车工业自动化技术、宇航工业、重型制造工业、动力制造加工业、石油、天然气和化工工业、微电子学和医学产品工业,激光焊接和切割技木、榙合剂结合和外层覆盖结合技术等。此外,在支柱架制造中,使用价值很高的简洁空格迅速发展着,而且同时被汽车行业推介着。航天工业界一直为机身应用轻质材料在R&D结合技术。发动机组件用的高温材料仍多数是以专利权方法使用为主。同样,电子工业部门也对材料的结合技术进行广泛的R&D,但R&D的目的仍是专利所有权人之间竞争。重型装备、石化制品(上下游制造程序制品)、动力改进型工业部门仍在进行有限制的焊接技术的研究,因为它们直接和其自身使用程序有关。

值得强调的是,制造工业的商业行为在特殊的、广大的使用行业中,如钢铁行业、铝合金行业……,具有重大的服务责任,焊接设备制造工业部门一直就是对一般性的结构材料和其焊接技术的R&D做出重要的、有价值的贡献。

2、焊接产品行业的发展

焊接设备和焊接材料产品生产制造企业一直对焊接和连接技术R&D投资,但是进入二十一世纪后投资的焦点改变为考虑当前焊接工业技术改造和市场消费者的需求。大多数电弧焊接工业程序技术现已相当好地被用户理解了,因而制造厂家已把它们R&D重点改变为降低产品价格,增加生产效力,扩大产品应用范围,自动化,过程控制,以及环境保护、节能绿化等方面。此外,等离子体电弧切割也应该是继续加強R&D,改善产品的精密性和可靠性作为重点。

由于市场很快需求替换比较便宜的变换整流装置的原因,开始了基于动力源变換器R&D的发展。而产品制造厂家正在利用精制加工系统监视电流电压中国钢铁合金材料,进而发明了短的断路继电器产品进入市场。这种电器还可降低焊接时出现的飞溅。脉冲焊接技术早已使用,以后又研发出熔化金属的沸腾喷渣技术来防止和降低发生焊接烟尘。各种变换器优点的利用,如低重量和要求较小的设备空间,在许多应用中动力消费较小,促使人们把它们的优点结合在一起开发。

美国焊接材料生产厂家正在开发焊剂和药芯金属焊丝以适应广泛的市场需求。但至今没有发现能替代污染环境,损害焊工身体健康,影响高速焊接的镀铜焊丝。2015年中国人自主创新,从铁基合金原生态合金中发明了无镀铜焊丝,即“一种耐大气腐蝕铁基合金以及无镀铜焊丝”,专利号为 ZL 201410053171.0,已有专利产业化的率先企业,正在推广应用,替代镀铜焊丝。

焊接材料是结构工程建设必须的材料,结构材料创新必须与焊接材料共同创新,否则结构材料进不了市场需求,即进不了产业化,特别是一些市场需求的高效能特殊材料,例如:桥梁钢、建筑钢、海上釆油气平台钢、结构和釆矿设备钢、船板钢、铁路客车钢、高铁钢、汽车钢等等钢种。由于这些钢种对提高强度和韧性,特别是应用优越的焊接性有特殊要求,又引起了钢铁冶金工业的全面技术改造,采用控轧控冷工艺生产微合金化细晶粒、高强高韧、焊接性好的节能钢种发展,而在其中激发了大量企业的R&D项目合作伙伴。例如:汽车和钢材的合作开发。这两者的合作开发促进了汽车钢内部自动化工业的发展,进而又继续促进了能降低钢板厚度的低合金高強度汽车专用钢的发展。而这类专用钢具有无裂缝的优点.又产生了特殊的护层薄板的焊接,特别是电阻点焊也很快进入市场。由于汽车一直在寻找降低重量的材料,铝合金材料很快进入了汽车工业。

铝质薄板产品早就进入工业市场,例如铝质车辆交通工具,建筑中间道路等。此外,在铝制产品应用的项目中有铝型铸太空宇航碎片式的飞行器、管式散热器等的研究。而对铝合金材料焊接技术的研发有电阻焊、激光焊、微动摩擦焊等。

不锈钢产品开发的精力目前已集中在合金化成分的发展,推广应用到管线钢和海上釆油平台、泵、电子管的双炼和越双炼材料焊接性研究,以及显微组织和相变平衡控制等的研发。

由于钛和镍基合金生产的材料可以改善焊接性,改善其结构的环境和增加服务的寿命,对生产厂家产品走向市场作出了重要贡献,并扩大应用到广泛的工业范围中国钢铁合金材料,进而可以局部替代一些重要的铁素体钢和不锈钢。

3、焊接的R&D合作研究

在工业界的R&D中,一度遇到全范围的衰退,为解脱经济支持的困难,许多业务部门走向在国内和国外合作R&D之路。其中动力产品和石油化工工业部门就是因为焊接技术问题而成为积极的合作者中国钢铁合金材料,汽车和航天技术工业也随之而来。重型结构工业研发的指导思想也发生明显变化,把焊接技术的R&D引导到自动化工业。随后,汽车及其主要部件工业、客车工业、交通工具工业等都和钢鉄工业联合在一起共同开发钢材和焊接技术。最后引起了国际财团等的财力支持。这样电力动力研究院、爱迪生电子研究所、美国气体协会、石油研究所、航天工业技木院所等都得到财力支持研究开发焊接技术。

在激光电子工业中联合开发的伙伴有计算机辅助生活循环工程、微电子和计算机辅助生活循环工程技术研究所、半导体制造工业技术都和焊接技术的R&D联合在一起得到财力支持。历史证明这些研究院所从此更加兴旺,更没有衰退。

三、建议

NBA押注平台中国在上世纪五十年代就知道钢铁材料的重要性,毛泽东主席多次向国人宣传;“一个钢铁、一个粮食,有了这两个东西,就什么都好办了。”又号召全国人民“赶英超美”,如今不能说是错的,因为代表了中国人的心愿。只是中国人不了解发达国家钢铁工业的发展历史,更不了解钢铁強国是从工程结构材料和焊接研发中发展起来的。

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