科创中国

项目开发了基于激光小孔效应的高功率激光电弧耦合增强的复合焊接新方法，揭示了激光诱导电弧的复合热源能量耦合与精确调控机理。研究了高功率激光电弧复合多位姿及双面对称焊接过程中的一体化复合焊炬运动控制机制、焊缝自动跟踪和焊接质量实时监控及反馈系统。分析了高功率激光电弧耦合增强打底焊接过程中激光小孔和熔池的动态稳定性，阐明了不同焊接位置重力作用方向及大小对熔池内液态金属流动的影响规律。研究了高速焊接条件下焊缝缺陷形成机理和接头应力分布特征，设计了双面对称焊接工艺方法，突破了热应力调控技术、焊接变形精度控制技术，形成了船舶大型复杂构件中厚板圆周环缝、纵缝以及对接焊缝、角接焊缝的高效激光电弧复合多位姿及双面对称焊接工艺数据库。

基于高能激光-电弧耦合增强效应和双侧精密同步焊接的船用中厚板结构激光电弧复合焊接高效熔透及低变形控制技术。针对舰船大型复杂构件制造中高强钢、不锈钢、钛合金等多材料焊接特性及低变形高效熔透控制需求，本项目提出了双侧激光电弧复合同步焊接新工艺和基于高能激光电弧强耦合协同的高效熔透控制技术，在传统激光MIG、激光TIG复合工艺基础上，集成应用双焦点激光、摆动激光等先进技术，实现自主工艺研究对国外激光复合焊接工艺体系的拓展，国内首次建立了船舶制造激光电弧复合焊接全工艺体系。应用双面同步激光电弧复合焊使22mm高强钢对接接头一次双侧单道全熔透焊接，相比一般单面激光电弧复合焊效率提升50%，变形量减少40%。应用激光电弧协同耦合增强效应，可焊接钢板厚度可达60mm，超过国外Meyer船厂的35mm水平。

激光作为高能束和洁净热源在焊接中得到了越来越广泛的应用。我所联合国内研究机构正在尝试应用具有自主知识产权的机器人与大功率激光器相结合，搭建自动化的万瓦级激光复合焊接系统。项目组正在积累船舶制造中的激光焊接技术方面的工程经验。例如合作研究机构利用15kw级CO₂激光对国产船用板CCS-B、SUS304、A36以及CCS-A进行了对接接头和T型接头的激光焊接研究，同时在厚板焊接领域，针对某舰艇用特种钢实现了16mm厚板单面焊双面成型万瓦级激光复合焊接系统接。在超厚板焊接领域，针对40mm厚板，开展了激光与窄间隙复合焊接，完成了40mm厚超厚板特种钢材激光填丝焊的工艺研发。

激光装备产品实现了标准化，便于推广，激光装备系统的稳定运行标志着我所在激光装备部技术方面取得了新的突破。针对船用高功率激光复合焊接系统，提前进行应用技术研究积累，为我所未来产业拓展规划提供技术基础，也为机器人事业部激光制造自动化系统装备研发提供技术保障。

研究团队有包括716研究所的王纪潼在内的多名行业内一流专家，团队拥有多项自主知识产权，申请发明专利26项，已授权18项，授权实用新型专利1项；发表论文8篇，其中EI论文6篇；登记软件著作权1项；起草并发布企业标准1项。

未来五年，我国科技创新工作将紧紧围绕深入实施国家“十三五”规划纲要和创新驱动发展战略纲要，有力支撑“中国制造2025”、军民融合发展、“一带一路”建设等国家战略实施，充分发挥科技创新在推动产业迈向中高端、增添发展新动能、拓展发展新空间、提高发展质量和效益中的核心引领作用。

激光电弧复合焊接装备行业的发展，应该与社会进展接轨，积极响应社会发展趋势，把握时代潮流。而目前，社会制造业发展将以智能化，数字化，互联化为目标，这也是2018-2023年激光电弧复合焊接装备行业主要的趋势。

项目核心技术成果解决了船舶行业大型复杂构件焊接任务操作空间大、焊接工艺要求复杂、焊接质量要求高、生产效率低下、人工焊接质量不稳定等难题，研制的面向大型复杂构件多机协同高功率激光电弧复合柔性焊接工艺装备已在中国船舶重工集团公司第七二五研究所、山东能源重装集团大族再制造有限公司等进行了应用，实现了船舶大型复杂构件的高效自动化焊接，焊缝成型美观，焊接质量检测合格，人力成本大大降低。

先后与渤海造船厂集团有限公司针对水下装备耐压分段焊接、与宜昌船舶柴油机有限公司针对大型船舶柴油机分段焊接等签订了研制合同。截至到2022 年1 月，新增销售额9612.4万元，新增利润1018.9 万元，新增税收1249.6万元。项目实现了高功率激光在船舶与海洋结构装备制造领域的应用，推动了特殊合金传统焊接加工方式的变革，减少了生产过程中对资源和环境的浪费和污染，提高了我国船舶与海洋结构装备制造行业的智能化水平，可向核电装备、海洋工程、舰船制造、石油化工、航空航天等精细化制造领域推广。