科创中国

行业领域

高端装备制造产业,节能环保产业,智能制造装备产业,先进环保产业,资源循环利用产业,高效节能产业

需求背景

随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的增强，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，得到了广泛应用。风机塔筒作为风力发电系统的重要组成部分，其制造质量直接影响到风机的运行效率和安全性。塔筒的焊接质量是保证其结构强度和耐久性的关键因素。

在风机塔筒的制造过程中，纵环焊缝的焊接质量尤为重要。传统的焊接方法在焊接过程中容易出现焊缝不均匀、焊接缺陷多、焊接效率低等问题，难以满足高质量焊接的要求。为了提高焊接质量和效率，激光-MIG复合焊接技术逐渐成为研究热点。激光-MIG复合焊接技术结合了激光焊接和MIG焊接的优点，具有高熔深、高效率、低热输入等特点，能够显著提高焊接质量。

然而，在实际应用中，激光-MIG复合焊接技术仍面临一些挑战，如焊接过程的稳定性、焊缝成形质量的控制等。为了进一步提升焊接质量和效率，基于磁-超双场辅助的风机塔筒纵-环焊缝激光MIG复合窄间隙成形工艺及装备研究应运而生。该项目旨在通过磁场和超声场的双场辅助作用，优化焊接工艺参数，提升焊接过程的稳定性和焊缝成形质量，推动风机塔筒制造技术的进步。

需解决的主要技术难题

1. 双场耦合辅助作用下的工艺参数优化：在塔筒的窄间隙焊接过程中，电参数、光丝间距、磁场与超声场的耦合位置等因素对成形稳定性有显著影响。需要研究双场耦合辅助作用下，不同工艺参数对成形稳定性的影响机制，建立工艺参数与成形稳定性的映射数学模型，优化工艺参数，确保焊接过程的高稳定性。

2. 熔滴过渡过程的主动调控：磁场与超声场对熔滴过渡过程有重要影响。需要研究双场作用下熔滴过渡的主动调控机制，解释双场作用下熔滴过渡的变化规律，确保熔滴过渡过程的稳定性和可控性。

3. 微观组织形成的影响研究：磁超双场对焊接过程中微观组织的形成有显著影响。需要研究双场作用下微观组织的演变规律，建立熔滴-电弧-熔池的三相耦合模型，揭示不同工艺下的组织演变机制，确保焊缝的高质量成形。

4. 自动化焊接实验平台的研制：双场辅助下的窄间隙焊接过程需要高效的自动化实验平台。需要设计激光-电弧高效复合焊接专机设备，解决激光、电弧分布特征与厚板间隙多姿态耦合关系，简化工艺参数的调整方法，设计专用焊接工装夹具和电气控制系统，实现焊接过程的自动化和高效化。

成形质量在线监测与预测：现有的塔筒纵环焊缝质量检测主要依赖于无损检测手段，难以实现在线检测与预测。需要对焊接过程中关键焊接参数、电弧形态、塔筒形变特征、焊枪姿态等进行采集，采用数字孪生方法，实现特征参数和焊接关键参数的数字化，基于数字化的孪生数据库，采用焊缝成形过程的实时三维重构方法，实现焊接成形过程的可视化和在线监测。

期望实现的主要技术目标

1. 优化工艺参数，提升成形稳定性：通过研究双场耦合辅助作用下不同工艺参数对成形稳定性的影响机制，建立工艺参数与成形稳定性的映射数学模型，优化工艺参数，确保焊接过程的高稳定性。

2. 实现熔滴过渡的主动调控：研究双场作用下熔滴过渡的主动调控机制，解释双场作用下熔滴过渡的变化规律，确保熔滴过渡过程的稳定性和可控性。

3. 揭示微观组织演变规律：研究双场作用下微观组织的演变规律，建立熔滴-电弧-熔池的三相耦合模型，揭示不同工艺下的组织演变机制，确保焊缝的高质量成形。

4. 研制自动化焊接实验平台：设计激光-电弧高效复合焊接专机设备，解决激光、电弧分布特征与厚板间隙多姿态耦合关系，简化工艺参数的调整方法，设计专用焊接工装夹具和电气控制系统，实现焊接过程的自动化和高效化。

实现成形质量的在线监测与预测：对焊接过程中关键焊接参数、电弧形态、塔筒形变特征、焊枪姿态等进行采集，采用数字孪生方法，实现特征参数和焊接关键参数的数字化，基于数字化的孪生数据库，采用焊缝成形过程的实时三维重构方法，实现焊接成形过程的可视化和在线监测。

需求解析

解析单位：“科创中国”高端装备制造业智能转型产业科技服务团（中国空间科学学会） 解析时间：2024-10-09

王诗文

桂林信息科技学院

服务团专家

综合评价

此需求描述足够清晰以便专家进行需求跟进。需求详细列出了在风机塔筒纵环焊缝激光MIG间隙成形工艺装备研究中面临的技术难题，明确了要达到的技术目标。这一需求对产业发展具有重大意义，风机塔筒作为风力发电系统的重要组成部分，焊接质量直接影响风机的运行效率和安全性。通过解决这些技术难题，可提高风机塔筒制造质量，推动风力发电行业发展。由于涉及多领域技术，可能需要跨行业专家共同解决，如焊接专家、物理场专家、自动化设备专家等。技术对接方案框架可包括：首先组建包含多领域专家的研发团队，对每个技术难题进行详细的方案设计和实验规划，然后进行小范围实验验证，逐步优化工艺和装备，最后进行全面的测试和评估。

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