近期，一位80多岁老人与小编通话，感慨中国离钢铁焊接强国还有很长的路要走，告诉小编，他编写了一文“重视‘钢的焊接性’研究    创建焊接钢铁强国——展望21世纪焊接研究与发展”方面的内容，希望能够给广大焊接同仁与借鉴，小编也相信，为了我们必将成为焊接钢铁强国。

钢铁工程结构材料研发的现状

美苏冷战结束后，世界工业发展进入了新的时期，以美国为首的发达国家的专家学者们都在回顾“二战”结束到冷战结束近60多年时间内，钢铁焊接结构材料发展的创新和兴旺。

 “二战”结束后，首先通过美国海军部门向世界宣告：“若没有焊接，就不能在这样短的时间内建设一支为赢得这场战争起到重要作用的庞大舰队。”以此说明焊接技术对世界的贡献。但在之前后，碳素钢、低合金钢建造的舰队，在海洋运输中出现了因焊接结构钢板产生裂缝和船体结构分解而造成生命财产损失的重大事故。近代的重大破坏事故，如1980年发生在英国北海油田的井架倒塌事故，几千吨的井架在20分钟内倒塌，123人死亡，而事故源于一条6毫米角焊缝过热区的氢致裂纹。日本阪神大地震中的大量断裂起源于焊接区。

1976年唐山大地震时房屋大量倒塌，其中碳素钢筋钢生产的预制板发生大量断裂。

发达国家的钢铁学会早在1936年就支持了焊接研究学会的研究，发现重大事故中出现的问题与钢材自身的焊接性有关，并前后发表了四版《钢的焊接性》书作在世界宣传。这是具有非常重要意义的科学概念。从此以后，发达国家对焊接工程结构用钢的母材、焊缝金属和热影响区进行了广泛的立项研究，取得了丰硕的研究成果，解决了大量影响国防和国家经济建设的问题。与此同时，又出现了能简化和深化对钢铁冶金工艺材料和焊接技术等研究的动态热力学工艺模拟技术试验设备（即Gleeble）的大量使用。虽然钢铁材料是从碳素钢开始的，但不可能永远不变，20世纪30年代就出现了低合金钢、低合金高强钢……以及更高水平的工程结构钢材和焊接材料。

但在改革开放之前，中国长期闭塞，许多重要的设计思想、技术和大量的研究成果没有流传到中国，直到1966年前后，国内才出现了称之为“16Mn”的低合金钢并一直大量沿用至今，而碳素钢仍占钢产量的90%左右，其中正是国家“钢铁危机”中出现的“去产能”和唐山地震时用的称之为“棺材板”的预制钢板（如今称之为“地条钢”），仍在大量生产。20世纪70年代，发达国家出现了能源危机、环境危机、能耗危机、金融危机等，究其原因，钢铁冶金行业首当其冲，于是大量中、小型钢铁企业“关、停、并、转”，大量工人失业，这是历史教训。如果那些历史教训及时传到中国并引起重视，就不会在20世纪末支持大量中、小型钢铁企业生产低质的碳素钢和低合金钢。

走新型焊接工程结构钢材发展之路是钢铁冶金企业实现全面技术改造、实现现代化的一个重要标志，而发展思想应该是以研发钢材焊接性为第一位的钢材产业化和市场化，大量生产节能降耗、防污染、市场需求大的低碳、控轧控冷工艺生产的微合金化、细晶粒、高强高韧、易焊接、易变形、易成形、均质洁净、成本低的工程结构钢材。这也正是钢铁焊接结构制造行业的院士、专家、教授们呼吁了10多年，钢铁冶金行业的院士、专家、教授们应该“应答”的钢材，使中国早日走向“钢铁强国”必须有的“焊接强国”。

“钢铁强国”必然要成为“焊接强国”，因为大多数钢材主要通过焊接材料、焊接工艺和焊接装备等焊接成工程结构，供国家和人民安全使用。焊接材料是工程结构的关键材料，又是消耗材料，国内外都在广泛使用的镀铜焊丝污染环境，影响焊工身体健康，中国人自主创新的原生效新型微合金化无镀铜焊丝发明专利可规代镀铜焊丝，推广应用到工程结构。

现在我国钢产量是世界绝对第一名，但质量品种还有很大差距。要重视钢材本身焊接性的研究，开发、研制新型钢材和焊接材料，应更加重视钢材的使用性能及焊接性能的提高。

钢材的焊接性是最基本的性质，而配套的焊接材料是在钢材的基本性能基础上来开发，二者的关系是不能颠倒的。

对焊接材料及焊接性的研究，我国目前的情况也不容乐观。许多研究院、所实行“企业化”改造后，把重心移向产业，对焊材和焊接性的研究弱化了。高等院校中有相当多放弃了焊接材料的研究方向，而转向自动化、机器人的研究。这个问题也应引起注意，不然我国的焊材发展将进一步加大与国外的差距。重视钢材焊接性及焊接材料的研究与创新，使我国真正成为钢铁强国、焊接强国。

创新结构材料必需重视焊接和连接技术的研发

微合金结构钢发展的主线是保证结构的完整性，因而在不同类型的环境中得到优化应用。使力学性能强化的新方法标志了结构钢发展的新阶段。但从其发展中可以看到完善结构钢的焊接性也是一项决定性的因素，其标志是在提高结构钢强度的同时，碳当量不断降低，管线钢含碳量的降低就是一个典型例子。分析一些重大事故产生的原因，证明结构的薄弱环节出在焊接区，焊接性应是保证结构完整性的一条主线。但是在我国结构钢的开发中，由于至今仍把焊接性当作一个附带的性能来解决，而走了弯路。

随着中国钢铁冶金企业进行全面技术改造，实现现代化时代的到来，把工程结构用钢自身的焊接性的改良，作为新一代结构钢发展的动力和目标，符合发达国家发展的经验，是一个值得国人重视的观点。

对若干工业部门创新、研发的建议

1、汽车制造工业

美国、日本和中国，汽车制造工业虽然受到环保、能源、绿色等发展要求的限止，但汽车产量仍然一直在不断增加着。而面临最大的困难是市场价格的竞争和消费者对于广泛的汽车模型种类的需求。为此，汽车制造行业正在要求使用新型的高强度合金钢、铝、塑料和复合材料等，从而使所有这些材料都造成了对研发特殊的合金结合和细件装配成型或成形的跳战。此外，价格、产品质量和可靠性问题，在这些参加竞争的工业部门中如能保持优质低价优势的竞争力则是胜者。

关键的材料结合技术的研发项目有：

1）实时信号传感和适应控制；

2）电阻焊过程控制、电极耗损和设计；

3）激光焊接设计、材料和程序；

4）铝合金和其它轻型材料的结合工艺、焊接制作的空格时期的程序比较、设计和材料；

5）外套用超薄板高强度钢的结合工艺；

6）薄截面材料电容器放电焊接；

7）陶瓷制品和金属基复合材料的结合工艺；

8）异种材料的结合工艺，如铝和钢结合工艺；

9）微电子工艺：程序设计和可靠性认定。

2、 宇航工业

宇航工业（机身和喷射器工程制造）在世界范围内商品化的航空旅程中，由于飞机老化和预期寿命达到更换时期，在今后的时期内，即可以在市场中看到希望改进的需求，原生产企业为在逐渐地竞争的市场需求中保持自己的竞争优势，如美国为首的宇航工业制造厂家就研发出使操作合理化，宇航机身和喷射工程中飞机寿命安全延长，因而使市场能接受，继续成为其工业技术在二十一世纪仍能处于领导优势地位。对于宇航工业和钛合金的焊接性问题进行特殊技术研发，如：

1）铝和新型镍和钛合金的焊接性;

2）固态搭接;

3）复合材料结合技术;

4）剩余应力-变形控制;

5）程序模型控制;

6）异型金属/材料的结合技术;

7）模糊技术;

8）在程序中非破坏性试验;

9）修复技术。

3、重型机械制造工业

这种工业部门能继续走向发达、满足市场需求，是事先看到必须有创新的材料的结果。为了降低成本和提高利润率，许多重型机械制造公司都在市场需求中看到系统集成和装配产品的需求，增加了对其产品的设计和传统产品的改进。对重型机械制造工业来说，与特殊焊接技术有关的需求有：

1）碳钢和低合金钢的手工焊技术、应具有減少焊接烟尘和消除飞溅的特点；

2）焊接程序模型；

3）设计改善材料的疲劳性能和操作人员的疲劳；

4）实时程序过程控制；

5）统计程序过程控制和程序控制最佳化；

6）高強度结构钢改善焊接性的应用，避免预热和后热处理；

7）研发各种自动化和可移动的机器人。

4、 动力机械制造工业

动力机械制造工业包括传统电站和核电站两者，非中心电站发电机，设备制造工业和服务公司，改进型设备供应公司等。动力机械制造工业所用材料有特殊要求，其焊接技术有：

1）修理技术对碳钢、低合金钢和高合金钢的需求以及老电站的修复；

2）焊后热处理：局部焊后热处理和对材料厚度的限制；

3）使用耐耗损和耐高温腐蚀的热雾外套；

4）对高合金材料焊接性的试验；

5）开发焊接性好的和改善了抗高温、抗腐蚀、耐耗损行为的新的合金和焊接材料。

5 、石油、天然气和化工工业

20世纪70年代，发达国家发生能源危机，石油、天然气价格上的不景气使石油、天然气和石化工业产生了毁坏性的影响。导致许多公司减少经营和技术人员，同时投资者为短期获得原始投资的收入，把开发大陆油气田改为在近海和海上开发油气田，尤其在亚洲的油气田。由于传统的低合金高强度钢材不适应当时采油气平台、油气输送和储管的要求，很快促使了钢铁冶金工业的技术改造，生产控轧控冷工艺（TMCP）生产的新型微合金化、高强高韧、焊接性能好的钢材和焊接材料。

与石油、天然气和石化工业有关的特殊焊接结合技术的市场需求有：

1）为改善焊接结构适应性服务的评估程序、腐蚀损害的修复技术、评估和焊接残余应力的预言和修复；

2）碳、低合金和高合金钢的修复和无焊后热处理的修复技术；

3）局部焊后热处理和焊后热处理的厚度限止；

4）用于耗损和高温腐蚀阻力的热喷外套；

5）耐蚀合金的焊接性和耐蚀性评定和试验；

6）开发焊接性好的和改善了抗高温、应力腐蝕性能等新的焊接材料；

7）开发大型焊接输送管道用的钢材和埋弧焊丝以及现场焊管对接用的立向下自保护气保药芯焊丝。

6 、微电子和医药产品工业

微电子技术和医药产品进入21世纪市场需求应该是在世界上增加最快的工业。目前市场由一系列跨国集团公司占优势，但是较小的公司也正在取得市场的位置。为保持竞争优势，较大公司正在改变着生产制造操作区域，改在近海区生产操作以降低成本。除止以外，近海区医药产品的需求得到政府的优惠支持。

电子技术和医药开发的技术和产品有：

1）对各种等级的包装业产品的设计方针：材料选择、电路规划图、自动组件设计、热效率、互连方法；

2）焊条药皮：高频地线、热电路和其耐蚀性；

3）程序最佳化；

4）程序模型化和模仿化；

5）可靠性：评估方法学的模型化和模仿化；

6）无铅焊剂；

7）活性钎焊和硬钎焊；

8）用金属丝焊接的钎焊和钎焊接头的显微组织与结合性能的相互关系；

9）开发用低价塑料包装器和高价的密封金属陶瓷包装器；

10）长期可靠性与短期可靠性测试方法的相互关系；

11）增加电子和力学设备的可靠性。

尽快使中国走向焊接制造创新强国

回顾发达国家从钢铁大国走向钢铁強国的历史经验证明，钢铁金属材料必须与焊接和连接技术一起走向焊接强国。无论出现塑料、复合材料、粉末冶金材料乃至纳米材料等新材料，也不能替代需求量最大的钢铁金属焊接结构材料。投资创新走这条路是符合科学发展规律的，不会出现夕阳危机、能源危机、环保危机、金融危机等，因而发生去产能的钢铁危机。

中国钢铁工业曾经是最落后的国家之一，解放初期中国钢铁总产量不到80万吨。由于中国人口众多，平均住房面积少，因此中国对钢铁产量需求量最大，曾出现钢年产量7亿吨，成为世界绝对第一的钢铁大国。低质的碳素钢和所谓的低合金钢（现称之为地条钢）的产量也在其中，加在一起达90%左右。中国长期停留在封闭状态，发达国家的科学技术信息又对中国保密，使中国钢铁质量处于落后状态。直到20世纪60年代，中国钢厂才开始生产16Mn低合金高强度钢。但发达国家在70年代后就开始大规模生产节能降耗、绿色环保、优质低价、焊接性好的微合金化、高强高韧的焊接工程结构钢材，产量达到总产量的50%以上。

     发达国家在上世紀末就提出了展望21世纪焊接研究与发展方向的观点，20年后的中国也正在按照焊接工程结构材料创新发展的方向，即钢铁金属结构材料结合焊接连接技术一起创新发展，必然能尽快地使中国从钢铁生产大国走向焊接制造创新强国！

作者简介：许祖泽，原冶金工业部钢铁研究总院金属焊接研究室主任，教授级高工。1956级清华大学机械系校友。