李愛民+李波+李連勝+黃彩艷+方乃文+吳妍+周洪茹

0 前言

2014年，為落實創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，激發(fā)焊接研發(fā)機構和科技人員的創(chuàng)造活力，加快焊接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型速度和提高焊接技術自主創(chuàng)新能力，給對行業(yè)有突出貢獻的企業(yè)、大學、研究院所和焊接同仁提供一個展示焊接專利和推廣科技成果的舞臺，更好地為廣大展商和協(xié)會會員服務，中國焊接協(xié)會、中國機械工程學會焊接分會在北京·埃森焊接與切割展覽會現(xiàn)場首次開設“焊接專利與科技成果展示區(qū)”。文中介紹了2014～2016年期間北京·埃森展焊接專利與科技成果展示區(qū)的部分焊接專利與技術成果，以期達到展示企業(yè)專利技術，推廣行業(yè)科技成果的目的。

1 焊接專利與科技成果展示情況

中國焊接協(xié)會、中國機械工程學會在2014～2016年主辦的第19、20、21屆北京·埃森展焊接專利與科技成果展示區(qū)，共征集焊接專利與科技成果231項，《焊接科技成果匯編》收錄176項焊接專利成果。展會現(xiàn)場展示專利及科技成果55項。

2 焊接專利介紹

2.1 焊接材料

一種鎳鉻鉬合金鋼焊接用鎳基電焊條：本專利為四川大西洋焊接材料股份有限公司所有。主要用于鎳鉻鉬合金焊接，特別是UNS N06625類合金與其它鋼種以及鎳鉻鉬合金復合鋼的焊接和堆焊，也可用于低溫條件下的Ni9%鋼焊接。焊縫金屬與UNS N06625合金比較，抗腐蝕性能高。焊縫具有優(yōu)良的塑性、韌性和抗裂性能。焊縫金屬在室溫和高溫下具有較高強度和極強耐蝕能力。該焊條焊接時電弧穩(wěn)定、飛濺小、脫渣好、成形美觀，全位置操作性能好。本發(fā)明專利自2010年實施成果轉(zhuǎn)化，已批量生產(chǎn)，并在國內(nèi)銷售。

一種具有高沖擊韌性鋼焊接用金屬粉型藥芯焊絲：本專利為四川大西洋焊接材料股份有限公司所有。在對Q460q 、Q500q鋼進行焊接、其焊接熔敷金屬在-45℃、-50℃條件下依然具有與母材相匹配的高抗拉強度和低溫沖擊性能。其抗拉強度≥550MPa，-45℃沖擊功Akv≥80J；焊接工藝性能優(yōu)良，電弧穩(wěn)定，飛濺較小，幾乎無渣，可以實現(xiàn)不敲渣連續(xù)焊接，焊縫成形較好，熔敷效率高，熔敷速度比實心焊絲提高近40%。低電流焊接時，電弧穩(wěn)定，采用短路過渡，可焊接薄板和實現(xiàn)立向下焊接。該金屬粉型藥芯焊絲既有渣量少，又兼?zhèn)涓呷鄯笏俣取⒌惋w濺性等優(yōu)點；尤其適用于低溫工作條件下具有高沖擊韌性的海洋工程和大型結構鋼件。

X100管線鋼埋弧焊用焊劑及其生產(chǎn)方法：本發(fā)明為四川大西洋焊接材料股份有限公司所有，是研發(fā)設計的一種X100管線鋼埋弧焊用焊劑及其生產(chǎn)方法。焊劑配合專用焊絲，用于石油管道和燃氣管道等X100管線鋼的焊接，焊縫與管線本體各項性能匹配性好，焊接接頭抗拉強度達到780～830MPa，硬度達到200～266HV10，焊縫金屬-10℃沖擊功Akv≥150J。配合專用焊絲焊接后無氣孔、無夾渣、無裂紋，焊縫金屬完全滿足X100等級管線鋼埋弧焊接技術標準的要求，并能進行單絲多層焊、多絲焊以及內(nèi)外高速焊。

低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條及其生產(chǎn)方法：本專利為四川大西洋焊接材料股份有限公司所有。研究開發(fā)了一種低屈服強度抗氫致裂紋鋼專用焊條，主要用于焊接低強度要求的抗氫鋼和抗裂性能要求較高的碳鋼、低合金鋼等。如大型煉油系統(tǒng)用Q235R（HIC）和16MnR（HIC）鋼，熱高壓分離器，循環(huán)氫分液罐等壓力容器或一些輸油管線的焊接。生產(chǎn)工藝成熟，滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)需求。本專利通過設計專用焊芯，降低硫磷含量（S≤0.005%、P≤0.010%）；通過配方設計、熱處理工藝研究和原材料控制，降低熔敷金屬拉伸強度，焊條可用于全位置焊接。采用直流反接，焊接工藝性能良好，焊縫金屬強度低、韌性高和抗裂性能好。具有抗HIC（氫致開裂）、SSC（硫化氫應力腐蝕）性能優(yōu)良的特點。

鉻鉬耐熱鋼窄間隙埋弧焊劑及制法：本專利為四川大西洋焊接材料股份有限公司所有。研究開發(fā)了一種鉻鉬耐熱鋼窄間隙埋弧焊用燒結低氫型焊劑，主要用于2.25%Cr-1%Mo珠光體耐熱鋼等鋼制設備的埋弧焊接，也可用于不同厚度的耐熱鋼、碳鋼、低合金鋼的焊接。焊劑呈淺色無雜質(zhì)顆粒，配合焊絲焊接時具有電弧燃燒穩(wěn)定、無煙塵、焊縫成形美觀、坡口脫渣容易等特點（圖1）；焊縫金屬S、P含量低，低溫沖擊韌性優(yōu)良，焊縫金屬X系數(shù)、J系數(shù)較低，具有良好的抗回火脆性。鉻鉬耐熱鋼窄間隙埋弧焊用焊劑具有諸多優(yōu)點：窄間隙焊接中能自動脫渣，不同熱處理條件下力學性能優(yōu)良。本發(fā)明專利自主實施成果轉(zhuǎn)化，已形成批量生產(chǎn)，并在國內(nèi)銷售。

一種用于X80級別管線鋼焊接的自保護全位置高韌性藥芯焊絲：本專利為天津市金橋焊材集團有限公司所有。其優(yōu)越性為：自保護全位置高韌性藥芯焊絲可以半自動焊，具有連續(xù)送絲、無需氣體保護、抗風能力較強、生產(chǎn)效率高、綜合成本低、焊接質(zhì)量好、易于焊工操作等優(yōu)點；具備優(yōu)良的工藝操作性能和力學性能，電弧穩(wěn)定，飛濺小，操作性好，成形美觀。該焊絲成功應用于“西氣東輸二線”、“西氣東輸三線”、“中緬管道”等工程。

一種用于熱鍛壓模具修復的氣保護堆焊藥芯焊絲：本專利為天津市金橋焊材集團有限公司所有。其優(yōu)點為：氣保護堆焊藥芯焊絲采用CO2或體積百分比為80%Ar和20%CO2的混合氣體作為保護氣體，焊接工藝性好、電弧穩(wěn)定、飛濺小、易脫渣、焊絲抗裂性好，具有良好的高溫硬度和耐熱疲勞性能，可以實現(xiàn)連續(xù)焊接，提高生產(chǎn)效率。

一種薄板高速埋弧焊劑：本專利為天津市金橋焊材集團有限公司所有。高速焊接技術可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動成本，增加經(jīng)濟效益。其優(yōu)越性為：生產(chǎn)效率高、綜合成本低、焊接質(zhì)量好；解決了埋弧焊接薄板的難題。具有優(yōu)良的焊接工藝性能和力學性能，焊道成形美觀，脫渣非常容易；焊接速度可以達到120m/h，超過普通埋弧焊的3倍。

一種高堿度帶極電渣堆焊焊劑：本專利為天津市金橋焊材集團有限公司所有。應用在耐高溫、耐腐蝕容器內(nèi)表面堆焊。帶極堆焊具有焊接效率高、對焊接母材稀釋率低、綜合成本低、焊接質(zhì)量好等優(yōu)點。該產(chǎn)品可用在普通低碳鋼或低合金鋼上堆焊。其優(yōu)越性為：滿足堆焊層金屬稀釋率小、耐腐蝕及耐高溫性強的要求。采用直流反接恒壓電源焊接，脫渣極其容易，焊道平整美觀，焊后加工余量小，有利于保證焊接質(zhì)量。

JQ·YJ621K2-1鈦型藥芯焊絲：本專利為天津市金橋焊材集團有限公司所有。是Q500qE橋梁鋼用鈦型CO2氣保護藥芯焊絲。該焊絲焊接工藝性能優(yōu)良，電弧柔和穩(wěn)定，飛濺小，脫渣容易，焊縫成形美觀。可進行全位置焊接。熔敷金屬力學性能優(yōu)異，各項指標達到國家標準要求：抗拉強度高、-40℃低溫沖擊韌性優(yōu)異、熔敷金屬擴散氫含量低且抗裂性能優(yōu)異，見圖2。該產(chǎn)品用于滬通長江大橋Q500qE橋梁鋼的焊接。

JQ·YJ621K2-1Q金屬粉型藥芯焊絲：本專利為天津市金橋焊材集團有限公司所有。是Q500qE橋梁鋼用金屬粉型CO2氣體保護藥芯焊絲。該焊絲熔敷效率高，焊接飛濺少，熔渣少，電弧穩(wěn)定。在焊接涂有無機富鋅底漆的鋼板時，具有很好的抗氣孔性能。用于單絲或雙絲平焊、平角焊，廣泛用于造船、橋梁結構和鋼結構制造（圖3）。

管線鋼用富氬氣保護藥芯焊絲：本專利為天津市金橋焊材集團有限公司所有。該焊絲適用于X70、X80管線鋼全位置半自動、全自動焊接。采用立向上焊，焊接過程中熔滴細小、呈噴射過渡，電弧柔和穩(wěn)定、煙塵量少、幾乎無飛濺，熔渣易于清除，焊縫成形好，避免未熔合及夾渣等常見焊接缺陷。各項力學性能優(yōu)良，特別是穩(wěn)定的低溫韌性（圖4）。

用于X80管線鋼焊接的高韌性自保護藥芯焊絲：本專利為天津大橋焊材集團有限公司所有。本發(fā)明產(chǎn)品是低合金鋼自保護藥芯焊絲，符合GB/T E5511T8-Ni2-J、AWS E81T8-Ni2-J要求。焊絲熔敷金屬-40℃ V型缺口沖擊吸收功超過150J。采用該焊絲焊接過程中電弧穩(wěn)定，熔滴呈噴射過渡，熔渣具有快凝特性及其優(yōu)良的全位置立向下操作性，焊縫成形美觀，脫渣性優(yōu)良，如圖5效果，滿足管線焊接施工要求。

一種42公斤級鈦型碳鋼焊條及其制備方法：本專利為天津大橋焊材集團有限公司所有。在本發(fā)明配方設計中不再使用金紅石、鈦白粉等價格較高的TiO2原料，全部使用價格較低的還原鈦鐵礦，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。該產(chǎn)品適量使用伊利石替代部分白泥，同時調(diào)整焊條混合粉中的其他滑性、塑性材料，克服了當全部使用還原鈦鐵礦后，對焊條壓涂性能帶來的不利影響。該產(chǎn)品可采用行業(yè)內(nèi)通用的螺旋式或液壓式生產(chǎn)設備的制造工藝來實現(xiàn)。該產(chǎn)品的熔敷金屬夏比V型缺口沖擊吸收功KV2低溫（-20℃）沖擊韌性數(shù)值高于國際上權威船級社認證機構的3級（-20℃大于47J）指標的70%。該產(chǎn)品具有良好的耐吸潮性，在無包裝、環(huán)境濕度約為80%條件下，焊條最大吸潮率小于1.65%。具有較低煙塵含量，一般熔化1kg焊條煙塵含量小于6g，煙塵中對人體最具危害的錳含量小于4.5%，減少身體危害。二次引弧性能優(yōu)良，特別是冷起弧性能，即使用較低空載電壓焊機（U0=50V）施焊，約15s?；。诒缓改覆臒o銹并與地線接觸良好條件下，不做敲擊動作仍可隨時再次引燃電弧正常施焊。

一種堿性渣系的焊縫金屬控Cr且具有抗FAC能力的低合金鋼焊條：本專利為上海電力修造總廠有限公司所有。WB36CN1鋼是核電管道國產(chǎn)化第一號鋼材，已納入GB24512.2-2009核電站用無縫鋼管標準（牌號為HD15Ni1MnMoNbCu），是在WB36鋼的基礎上加以控“Cr”而形成的新型鋼種?？亍癈r”的目的是為了提高鋼材抗水流沖蝕能力，即抗“FAC”的能力。根據(jù)WB36CN1材料的組織和性能特點，按照國家標準要求，設計研發(fā)了國產(chǎn)化配套焊條。該焊條是超低氫高韌性的低合金高強鋼焊條。其焊接工藝性能優(yōu)良，焊接過程中電弧穩(wěn)定，基本無飛濺，脫渣性良好，熔池清晰，焊縫成形美觀，焊條操作性能良好。該焊條熔敷金屬化學成分和力學性能滿足WB36CN1鋼管工程使用要求，獲得合格的焊接接頭。WB36CN1具有一定的冷裂紋敏感性和再熱裂紋敏感性。該焊條研制中采用了直Y坡口抗冷裂試驗和再熱裂紋試驗，即使在不預熱條件下，焊縫也未出現(xiàn)冷裂紋，具有良好的焊接性。再熱條件下，也未發(fā)現(xiàn)再熱裂紋。

2.2 焊接工藝及設備

氮強化鐵基耐磨涂層堆焊技術：本專利為佳木斯大學材料科學與工程學院所有。是要解決現(xiàn)有氮合金化堆焊方法獲得的堆焊層金屬中氮含量低、耐磨硬質(zhì)相體積分數(shù)小分布不均、堆焊層的硬度略低的問題。此項技術采用氮氣作為保護氣體，焊絲與基材之間引發(fā)高溫氮弧，同時將堆焊用合金粉體經(jīng)焊機噴頭送入高溫氮弧區(qū)，進行堆焊。此項技術可實現(xiàn)向堆焊層金屬內(nèi)高效過渡氮元素，獲得的堆焊層氮元素含量可達0.3%～0.4%（見圖6）。此項技術采用價格低廉的工業(yè)用氮氣作為保護氣體，制備的氮合金化耐磨堆焊涂層表面成形性好，可獲得大量氮碳化物硬質(zhì)相，堆焊涂層硬度為HRC45～62可調(diào)。

攪拌摩擦焊接頭未焊透及根部弱連接消除方法：本專利為上海航天設備制造總廠所有。步驟包括：（1）制作墊片。墊片材料及熱處理狀態(tài)與待焊工件一致；（2）裝配墊片。將墊片安裝在待焊工件與背部剛性墊板中間；（3）焊前準備。攪拌工具與主軸中心的夾角為0°～3°；（4）正式焊接；（5）焊接結束。去除墊片，打磨焊縫背面與基體齊平。本發(fā)明可消除攪拌焊接中常出現(xiàn)的未焊透、根部弱連接等缺陷，取得提高焊接質(zhì)量、加強焊接過程穩(wěn)定性等有益效果。本發(fā)明適用于空間任意形狀對接型攪拌摩擦焊接。

雙絲動態(tài)三電弧焊接方法：本專利為深圳市瑞凌實業(yè)股份有限公司所有。Tri-Arc雙絲電弧焊的工作原理如圖7所示。該系統(tǒng)有兩根相互絕緣的焊絲W1和W2。兩焊絲與焊接工件之間建立A1、A2、Am 三個電弧。電弧A1、A2對焊接工件加熱與熔化。關鍵技術是第三電弧Am，在兩根焊絲之間建立了一個獨立于焊接工件的電流通道，用于焊絲熔化的電流與焊接工件熔化的電流可分別調(diào)整，實現(xiàn)在提高焊絲熔敷率的同時保證低的工件熱輸入，是高強結構鋼、不銹鋼等焊接熱輸入敏感材料的理想焊接方法，在低焊接熱輸入條件下保證高焊接效率。在保證送絲速度恒定的條件下，可以通過提高Am電弧電流降低流入焊接工件的電流，是堆焊、電弧釬焊等的理想選擇。

一種薄不銹鋼復合板的激光焊接方法：本發(fā)明為太原理工大學所有。是針對薄不銹鋼復合板的激光焊接方法。碳素鋼外包覆不銹鋼板，薄且面積大，具有彈性，給雙面焊接造成困難。采用激光焊接法，先對薄不銹鋼板預處理，平整安裝，配制焊粉，氬氣保護，用計算機程序控制焊粉給量及激光束強度，使其焊接成為可能。此焊接方法工藝先進，安全穩(wěn)定可靠，焊接質(zhì)量高，耐腐蝕性能好，焊縫的平均抗拉強度達450.9MPa，為母材的98.2%。

一種高強鋼或超高強鋼激光-電弧復合熱源焊接方法：本專利為機械科學研究院哈爾濱焊接研究所所有。為了解決因高強鋼焊前預熱帶來的一系列技術問題，本發(fā)明提出一種無需預熱或者采用低預熱的高強或超高強鋼激光——電弧復合熱源焊接方法。本發(fā)明從改善高強鋼焊接接頭的組織、應力、擴散氫等三大要素為出發(fā)點，根據(jù)高強鋼母材的化學成分、碳當量、工件應力拘束水平等特點，通過低強匹配焊材以改善組織、合理設置關鍵焊接參數(shù)以細化晶粒、坡口設計及熔深控制以改善焊縫截面的應力狀態(tài)、合理選擇與激光復合的電弧以優(yōu)化t8/3時間等一系列措施，改善高強鋼或超高強鋼焊接冷裂紋的敏感性，實現(xiàn)在較低預熱溫度甚至無預熱條件下高強鋼或超高強鋼的高效、優(yōu)質(zhì)、可靠焊接（圖8、圖9）。專利技術成果已在工程機械、煤炭機械、軌道交通、石化等領域獲得應用。

全數(shù)字雙絲高效氣保護焊接：本發(fā)明為北京工業(yè)大學焊接技術研究所所有。作為一種熔化極氣體保護焊工藝，系統(tǒng)按照雙絲MIG/MAG焊的工藝要求，主要包括兩臺焊接電源、兩臺送絲機、兩瓶焊接氣、一把雙絲焊槍和行走機構。其中，焊接電源為北京工業(yè)大學焊接技術研究所自行研制，采用單片機作為系統(tǒng)控制核心，準確控制電源參數(shù)。焊接特點：數(shù)字化雙脈沖焊接電源，可控性好；每根焊絲的規(guī)范參數(shù)可單獨設定，質(zhì)材、直徑可不同；送絲速度快、焊接速度快，大大提高熔敷效率，同時，能保持較低的熱輸入；電弧穩(wěn)定，熔滴過渡可控、焊接變形小、焊縫成形好、飛濺?。皇褂梅秶鷱V、生產(chǎn)率高。

O型環(huán)氣體保護接觸對焊裝置及方法：本專利為北京工業(yè)大學機械工程與應用電子學院所有。金屬O型密封環(huán)是將薄壁的不銹鋼管、鋁合金管或高溫合金管彎成圓形，再將接口焊接、打磨而形成的一種特殊密封件。適用于其他密封件難以達到的高溫（最高達800℃）、深冷（最低達-270℃）、高壓（最高達1400kgf/cm2）、高真空（最高達10-9mmHg）等工況的靜密封。該方法通過電阻熱加熱工件至塑性變形階段，依靠頂鍛加壓使工件接頭位置熔合變形。焊接夾具通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘和測微頭，為無錯邊安裝工件提供了可能。采用鋼絲繩連接手柄拉銷繞過定滑輪懸掛砝碼，以重力作為頂鍛壓力的施加方式。利用激光傳感器反饋工件伸出電極長度作為焊接擠壓量的控制方法。該工藝適用于管徑在2～5mm的不銹鋼空心O型環(huán)、實心O型環(huán)、鋁合金空心O型環(huán)及實心O型環(huán)的焊接。焊接質(zhì)量優(yōu)于弧焊，工藝穩(wěn)定，大大提高了產(chǎn)品的合格率（圖10、圖11）。該技術可完美實現(xiàn)特殊條件下的靜密封，廣泛用于石油、化工、冶金、航空、航天等行業(yè)；不僅可用于小直徑O型環(huán)，且可用于大直徑O型環(huán)的密封，提升了相關行業(yè)的經(jīng)濟效益。該項技術已獲得兩項國家發(fā)明專利。

復合填充層的制備及其電子束焊接鈦金屬材料與不銹鋼的方法：本發(fā)明為哈爾濱工業(yè)大學（威海）所有。復合填充層的制備方法按以下步驟進行：（1）向模具中裝入厚度為1～3mm的釩粉，壓制成厚度為0.3～0.7mm塊；（2）向模具中裝入厚度為2～5mm的混合粉末，粉末按重量百分比由20%～45%釩粉、3%～7%鉻粉、2%～5%鎳粉和余量的銅粉混勻而成，冷壓成型，在真空度為4×10-3Pa和反應溫度為850～970℃條件下保溫2～6h進行真空擴散處理。本發(fā)明中復合填充層焊接鈦金屬材料（鈦或鈦合金）與不銹鋼的方法通過以下步驟實現(xiàn)：（1）將復合填充層置于鈦金屬材料與不銹鋼連接面之間，即得到鈦金屬材料/復合填充層/不銹鋼的待焊件；（2）將步驟（1）得到的待焊件放入電子束焊接真空室內(nèi)。兩次焊接的電子束流作用點位于復合填充層，第一道焊接的電子束流作用點與復合填充層與鈦合金接觸面之間的距離t1=0.2～0.6mm，第二道焊時束流作用點與第一道焊束流作用點的距離t2=0.5～1.2mm，接頭抗拉強度390MPa以上。

數(shù)字非接觸式焊機控制方法及控制裝置和控制系統(tǒng)：本專利為深圳市瑞凌實業(yè)股份有限公司所有。其主要原理是，通過霍爾傳感器將焊接過程中的位移信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過單片機P89LPC938的內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)計算處理后，輸出一定的脈沖寬度，以此控制輸出電流的大小。數(shù)字非接觸式焊機由控制裝置和控制系統(tǒng)構成。控制裝置如圖12所示：由上蓋1、機身本體2、控制板3、磁鐵座4、磁鐵5、霍爾6、地腳7、轉(zhuǎn)軸8、彈簧9、防滑墊10、霍爾支架11等組成。操作時下壓上蓋繞轉(zhuǎn)軸做圓周運動，帶動霍爾傳感器支架，使霍爾傳感器在磁場中的位置發(fā)生改變，磁場強度亦隨之改變。磁場強度變化與磁鐵移動位移成比例。根據(jù)磁場強度與霍爾傳感器輸出電壓信號的線性關系，將位移信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過控制系統(tǒng)輸出電流。本技術采用非接觸式信號采集，通過單片機控制，提高了控制精度，將參數(shù)調(diào)整從數(shù)字非接觸式控制裝置上分開，密封控制器增強惡劣環(huán)境下的抗干擾能力。

一種雙絲埋弧焊焊接控制裝置：本專利為深圳市佳士科技股份有限公司所有。是一種雙絲埋弧焊焊接控制裝置，包括采樣電路及與采樣電路連接的前弧焊頭和后弧焊頭，及其與采樣電路連接的控制電路?？刂齐娐愤B接有用于懸著聯(lián)控控制和分控控制方式的選擇開關。由于采用可聯(lián)控/分控的選擇開關，雙絲埋弧焊可以選擇前弧焊頭與后弧焊頭一起控制或是單獨控制，不同的焊接模式應用范圍更廣，操作靈活，自動化水平高。

水輪機葉片坑內(nèi)修焊機器人技術與裝備：該成果為清華大學機械工程系所有。在國家863計劃（2007AA04Z258）和國家自然科學基金（50875147）資助下，研究具有自主知識產(chǎn)權的面向三峽等大型電站的水輪機葉片坑內(nèi)修焊作業(yè)機器人技術及裝備。機器人整體分為移動平臺、機械臂和作業(yè)單元三部分。機器人移動平臺能夠?qū)崿F(xiàn)在鐵磁性曲面上各種姿態(tài)的可靠吸附，并可靈活地直線運動和原地轉(zhuǎn)向，負載能力>70kg，直線行進速度0～2m/min。機械臂能良好地對復雜曲面實現(xiàn)隨形運動。該成果相關技術獲得授權國家發(fā)明專利10余項，已通過教育部組織的科技成果鑒定（鑒字[教TP2013]第016號），見圖13、圖14、圖15。

白車身頂蓋激光釬焊工藝控制裝置：本專利為武漢法利萊切焊系統(tǒng)工程有限公司所有。汽車白車身頂蓋激光釬焊生產(chǎn)線在汽車主機廠的應用呈現(xiàn)越來越多的趨勢。激光釬焊生產(chǎn)線通常由激光器、機器人、激光釬焊頭、送絲機、熱絲機、工藝控制柜、主控制柜等部分組成，由于涉及的單元設備很多，工藝控制比較復雜。白車身頂蓋激光釬焊工藝控制裝置是在白車身頂蓋激光釬焊生產(chǎn)線中，通過PLC工藝控制柜實現(xiàn)對激光釬焊各個設備：激光器、激光釬焊頭、送絲機、熱絲機等的邏輯順序控制。實現(xiàn)對激光器的功率進行自動的周期性檢測，并允許手動進行功率檢測。有效減少在工業(yè)生產(chǎn)中，由于激光器設備的故障引起故障停機率，實現(xiàn)激光自動斷絲功能，保證一致的焊絲干伸長度，從而解決焊接起始點質(zhì)量和外觀不穩(wěn)定的難題。可以對焊接輔助氣體流量以及激光釬焊頭冷卻水實時檢測和控制。保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定，并延長激光釬焊頭設備的使用壽命。在觸摸屏上構建焊接工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，可進行焊接工藝參數(shù)設置，在實施焊接過程中不同工藝參數(shù)自動切換，方便優(yōu)化焊接工藝，保證焊接質(zhì)量，實現(xiàn)故障顯示、故障報警、故障停機功能。

車頂蓋的激光焊接裝置：本專利為武漢法利萊切焊系統(tǒng)工程有限公司所有。白車身頂蓋激光填絲焊自動化控制裝置將汽車白車身頂蓋激光填絲焊生產(chǎn)線中的各個控制功能相集成。通過控制柜對不同車型混線頂蓋激光填絲焊接進行全自動化控制。自動化控制裝置可對通道門、工裝夾具、滾床、光柵、激光器、激光焊接頭、滾壓輪、送絲機、焊縫跟蹤系統(tǒng)、車型檢測系統(tǒng)、除塵器等設備進行邏輯順序控制。同時保證焊接質(zhì)量和設備穩(wěn)定性，實現(xiàn)故障顯示、故障報警、故障停機功能。

一種車頂蓋激光搭接填絲熔焊焊接設備：本專利為武漢法利萊切焊系統(tǒng)工程有限公司所有。該設備的工裝夾具系統(tǒng)位于工作區(qū)域中心，含有一個固定的底板夾具。另外的左右夾具在底板夾具兩側對稱布置，左右床身分別位于左右夾具支架外側，在每一側床身上都有一臺機器人附件通過機器人第七軸與之相連，機器人附件在第七軸上滑動以完成焊接頭在不同工位的焊接工作。保護氣架安裝在機器人頭部，包括激光焊接頭，自適應滾壓輪單元，保護氣裝置，光纖接口，導絲嘴，保護鏡。工裝夾具系統(tǒng)中，左右夾具上各有頂緊氣缸控制夾持部分以固定車身，防止車身在焊接過程中變形或者晃動。夾持部分由可活動的上壓塊與側壓塊鉸接而成，適用于多種不同高度的車型。焊接頭帶有自適應滾壓輪單元，驅(qū)動部分，電氣控制，直線軸，滾壓輪安裝支架，滾輪，碰撞傳感器。安裝支架壓輪壓力可調(diào)，能滿足不同焊段不同剛性下對于焊縫間隙的控制，并大量節(jié)省頂蓋夾具的費用和工位空間。焊接頭帶有焊絲導向跟蹤系統(tǒng)，自動識別焊縫起點，配合壓緊輪完成基于觸覺的焊縫測量-跟蹤-補償，并對焊縫進行校正，降低對沖壓件的要求。該發(fā)明解決大尺寸長焊縫中易變形問題，提高焊縫質(zhì)量，能加工多種車型，降低材料消耗，簡化車身結構，減輕車身重量，降低加工設備成本，為國內(nèi)商務車車頂蓋盲窗激光焊接提供了新方案。

2.3 切割設備及機具

一種數(shù)控切割機割槍防碰撞裝置：本專利為山東艾西特數(shù)控機械有限公司所有。其中，割槍夾能有效固定割槍。割槍夾為錐形，放入錐形孔內(nèi)，且可根據(jù)割槍不同的直徑，調(diào)整割槍夾伸入錐形內(nèi)孔的深度，便于安裝不同直徑的割槍。固定套亦為錐形，當發(fā)生碰撞后，可在割槍固定孔軸線擺動，避免割槍損壞。固定套通過螺釘固定在支架上，螺釘和支架間有平衡彈簧，割槍被碰撞后，在平衡彈簧的壓力下，可使固定套復位，以保證切割精度。調(diào)節(jié)彈簧壓力也可選擇適合的防碰撞力。固定套和支架間設置有檢測開關，當割槍被碰撞時，檢測開關給上一級控制裝置傳輸信號，控制運行機構停止工作，保護割槍。防護罩保護割槍和固定套等。此結構能有效保護割槍，平衡性好，可靠性高，保證切割精度，提高工作效率（圖16）。

一種數(shù)控切割機驅(qū)動導向機構：本專利為山東艾西特數(shù)控機械有限公司所有。此機構由電機帶動齒輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)齒輪齒條嚙合運動。其結構為固定驅(qū)動機構的托板通過連接軸與連接板連接，托板可沿連接軸轉(zhuǎn)動。連接軸與連接板間設置有圓錐滾子軸承，可以承受較大的徑向載荷和軸向載荷。連接軸上部設置有防塵蓋板。連接板設有防止托板抖動的限位板，限位板上固定用于夾緊托板的調(diào)整凸輪，避免高速運行時出現(xiàn)顫抖。托板通過調(diào)節(jié)螺桿與連接板固定。預緊調(diào)節(jié)螺桿上安置彈簧，運行過程中，當遇到齒條不平時，在彈簧作用下，齒輪、齒條可有效嚙合，防止卡死。該驅(qū)動導向機構消除了支架卡死和震顫，保證了切割精度和質(zhì)量；自動調(diào)整齒輪、齒條的嚙合松緊度，提升其使用壽命；且結構輕巧，便于安裝（圖17）。

五軸鋼管相貫線切割機：本發(fā)明為無錫華聯(lián)科技集團有限公司所有。本專利是CNC控制進行包括開坡口在內(nèi)的相貫線切割設備，不僅能進行多管相接的騎坐式坡口角度的相貫線切割，又能進行管道的插入式主管孔的定角坡口、定點坡口、固定焊接角度坡口等相貫線切割，適用范圍廣。實現(xiàn)鋼管相貫線切割自動化作業(yè)，完全替代人工計算、人工仿樣、人工切割，生成切割程序時自動加入鋼管焊接工藝參數(shù)及鋼管熱切割經(jīng)驗參數(shù)，符合相貫線切割的技術要求，提高了數(shù)控加工的智能控制，大大提高生產(chǎn)效率及切割精度（圖18）。

便攜式數(shù)控切割機的機體結構：本專利為上海正特焊接器材制造有限公司所有。該機體結構包括：導軌底座、切割車、伸縮橫臂；切割車由機架、切割車的縱向移動導向機構、伸縮橫臂的橫向移動導向機構組成?？v向移動導向機構含兩條移動副，由雙軸心導軌與前后兩個雙軸心滑塊組成。橫向移動導向機構由前后兩組滾輪組成。切割車通過縱向移動導向機構安裝在導軌底座上，伸縮橫臂插入切割車橫向移動導向機構的正菱形空間內(nèi)。通過切割車的縱向移動導向機構的兩條移動副確保切割車行走時左右同步、靈活、平穩(wěn)移動。又通過切割車的橫向移動導向機構的正菱形空間供伸縮橫臂移動，伸縮橫臂獲得自身最佳抗彎、抗抖性能。提高其作業(yè)的穩(wěn)定性（如圖19、圖20、圖21）。

3 科技成果

3.1 焊接材料

大型低溫球罐鋼焊接用電焊條的研發(fā)平臺建設：該成果為天津市金橋焊材集團有限公司所有，2014年1月獲天津市科技進步一等獎。通過該項目的建設，促進了公司理化檢測中心的建設，目前投資約3000萬元建成理化檢測中心，有效提升公司的自主研發(fā)能力，增強隊伍建設、體制建設能力，促進產(chǎn)學研用結合，加快新品研發(fā)。公司已申請各項專利160多項，其中已授權78項；“特種焊材研發(fā)生產(chǎn)基地項目”已被天津市選為第10批20項重大工業(yè)項目。

CHW-S7CG/CHF26H埋弧橫焊焊絲焊劑組合：該成果為四川大西洋焊接材料股份有限公司所有，2011年8月獲科學技術部國家重點新產(chǎn)品。該成果是按照國家發(fā)改委大型原油儲罐高強鋼板和配套焊接材料國產(chǎn)化攻關小組的工作要求而完成，為了實現(xiàn)該類焊接材料國產(chǎn)化而獨立研究開發(fā)的新型焊接材料。該科技成果通過對焊劑成份的優(yōu)化設計和焊縫金屬微量元素的控制，滿足10萬方及以上大型原油儲罐等領域高強鋼橫焊焊接要求，其部分技術性能優(yōu)于進口焊接材料水平。產(chǎn)品的成功研制扭轉(zhuǎn)了國內(nèi)大型石油儲罐建設用焊接材料依賴進口的局面，實現(xiàn)國產(chǎn)化。

綠色焊接技術研究及應用示范：該成果為鄭州機械研究所所有，2012年10月獲中國機械工業(yè)科學技術一等獎。在水泥行業(yè)，針對水泥磨輥壓機擠壓輥的磨損機理及運行工況特點，研發(fā)出ZD系列耐磨堆焊焊絲和焊條，成功解決了輥壓機擠壓輥的磨損，并可根據(jù)物料不同的易磨性提供耐磨材料以解決磨損。該系列材料廣泛應用于水泥企業(yè)。在冶金和礦山行業(yè)，TM55、TM65、TN65等耐磨焊條和MD系列耐磨焊絲用于各企業(yè)，使用性能在同類產(chǎn)品中處于領先地位，取得良好經(jīng)濟效益。

3.2 焊接工藝及設備

陶瓷及其與金屬的連接：該項目為清華大學機械工程系所有，獲得國家自然科學基金和航天基金資助，完成七五、九五攻關、企業(yè)項目，在國內(nèi)外學術刊物發(fā)表相關論文40多篇，研究成果應用于汽車發(fā)動機陶瓷挺柱的制造、高氣密性真空器件的制造等。采用活性合金加陶瓷顆粒組成的復合釬料、原位生成金屬間化合物和含金屬間化合物釬料、離子注入陶瓷表面、接頭結構與材料的優(yōu)化等技術途徑，提高陶瓷釬焊接頭的強度和耐熱性、減小陶瓷釬焊接頭應力和變形、提高接頭的可靠性，實現(xiàn)高強度、耐高溫、低應力的陶瓷及其與金屬的釬焊接頭；通過陶瓷表面化學鍍的方法在低于350℃的溫度下實現(xiàn)功能陶瓷的連接。

蛇形管自動化焊接生產(chǎn)線：該成果為北京中電華強焊接工程技術有限公司所有。2012年3月獲北京市科學技術三等獎，屬先進制造領域，是多學科集成創(chuàng)新產(chǎn)品。該項目擁有一項發(fā)明專利“彎管機及其卡緊機構”和一項實用新型專利“彎管模具”。技術創(chuàng)新點：整線為流水線模式，生產(chǎn)效率高，極大節(jié)約人工和管理成本。主要設備有數(shù)控雙向雙R頂鐓彎管機、直管對接機及小R擠壓精整機等；數(shù)控雙向雙R頂鐓彎管機無需翻身機構，即可實現(xiàn)連續(xù)彎制雙向雙R的蛇形管排，提高工作效率；獨立設計的頂鐓機構，采用液壓伺服系統(tǒng)控制，可根據(jù)工藝要求設定不同的頂鐓壓力，并可按角度進行設定，從而更好保證彎頭處的減薄量和橢圓度。直管對接機應用熱絲TIG焊接工藝，實現(xiàn)一次探傷合格率達99.8%以上，焊接效率為冷絲TIG焊的一倍。小R擠壓精整機油缸的受力作用在相對的模具上，重要受力部件作用力全都內(nèi)部消化，在自重減輕之后，仍可實現(xiàn)精整力150噸、擠壓力60噸的技術指標；小R擠壓精整機擠壓過程中背壓模具可橫向浮動，不會造成彎頭橫向變形，擠壓側?？杀Ｗo到擠壓后的半徑位置，內(nèi)徑有直段保護，對薄壁管的擠壓也不會變形。

水下焊接與切割技術：該成果為哈爾濱工業(yè)大學（威海）所有。該成果來源于該單位承擔的國家973、863、國際科技合作、國家自然科學基金、工信部等10余項科研項目。成果指標如下：低合金鋼水下焊條，最大水深30m，屈服強度420MPa，抗拉強度530～650MPa。奧氏體不銹鋼水下焊條，最大水深30m，屈服強度420MPa，抗拉強度500～580MPa。低合金鋼水下藥芯焊絲，最大水深200m，屈服強度360MPa，抗拉強度500MPa。水下電氧切割，電極：最大水深60m，切割長度500mm（E40，20mm厚）；水下濕法焊接設備：水下焊接切割電源、送絲系統(tǒng)、焊炬、割炬、控制系統(tǒng)等。形成水下濕法焊接切割技術系列化成果。該成果分別在港珠澳大橋工程、勝利油田海上采油平臺修復等領域得到實際應用。目前正致力于開展面向核電修復的水下焊接技術研究工作（圖22、圖23和圖24）。

航天器艙體結構變極性等離子弧穿孔立焊關鍵技術與應用：本成果為北京工業(yè)大學機械工程與應用電子學院所有。成果面向我國載人航天工程，主要根據(jù)長壽命、高可靠大型空間飛行器鋁合金密封艙體結構高精度和高可靠制造需求，開發(fā)完成鋁合金大型薄壁殼體焊接成套技術解決方案。在設備、工藝、應用上均取得實質(zhì)性突破，形成授權國家發(fā)明專利14項、實用新型18項、軟件著作權1項，獲2015年國家科技進步二等獎，主要技術突破如下：（1）首次提出并設計自均流型雙變壓器逆變主電路和全負載軟開關控制電路，提高電源容量并保證可靠性；（2）率先采用“電壓+電流”脈沖聯(lián)合穩(wěn)弧技術和消除雙弧技術，保證焊接電弧穩(wěn)定性（圖25）；（3）原創(chuàng)性建立表征穿孔熔池穩(wěn)定性的“空心沙漏”模型，通過電流波形與離子氣協(xié)同調(diào)制，拓寬變極性等離子弧在薄板鋁合金焊接的適應性；（4）設計開發(fā)變極性等離子弧專用焊接機頭，機器回路和人在回路結合，實現(xiàn)宏、微融合，滿足變極性等離子弧立焊的高定位精度的工程需求；（5）提出并實現(xiàn)了鋁合金大型薄壁殼體焊接成套技術優(yōu)化方案，研制鋁合金大型薄壁殼體變極性等離子弧焊接成套裝備，保證封閉曲線焊縫全過程穩(wěn)定穿孔焊接，顯著減少焊接變形和焊接缺陷（圖26）。變極性等離子弧自動化焊接系統(tǒng)在2009年成功用于“天宮一號”主體結構焊接，保證天宮一號、新型運載火箭等國家重大工程項目關鍵構件焊接制造順利實施，為我國空間交會對接試驗順利實施做出貢獻。

高強鋼三明治板激光焊接制造：本成果為上海交通大學所有。高強鋼三明治板具有比剛度大、比強度高、吸能抗沖擊等顯著優(yōu)勢，在解決結構輕量化的同時，提高了結構的安全性。在國家自然科學基金重點項目（項目編號No.51035004）資助下，開展了高強鋼三明治板激光焊接制造研究，建立新方法與新技術（圖27）。測試表明：高強鋼三明治板（BS960， L1200H60t5s100）同重量條件下，其剛度比實心板提高約50倍；并在甲板、隔艙、上層建筑、登陸橋等艦船結構中具有廣闊應用前景，可極大降低艦船重量，節(jié)約艦船空間。研究成果發(fā)表論文42篇，申請專利11項。

機器人集成及系統(tǒng)裝備研發(fā)：本成果為上海交通大學所有。通過對成套焊接技術裝備的系統(tǒng)集成與二次開發(fā)，采用模塊化設計，實現(xiàn)機械、電氣到控制軟件的自主創(chuàng)新和工程化應用。圖28和圖29分別顯示了汽車零部件機器人柔性化點焊/弧焊生產(chǎn)線和汽車車身輕量化高效焊接工藝系統(tǒng)集成（FDS，SPR）。同時，研發(fā)的絕緣箱機器人自動填充生產(chǎn)線采用組合式物流控制，包括負壓管道輸送、分流配方管理、全封閉式填充和自動清粉等多項新技術，生產(chǎn)效率高，維修方便，無污染，如圖30所示。生產(chǎn)線已通過法國GTT認證，并正式投入生產(chǎn)。

重型船艉槳舵液壓工作車安裝平臺系統(tǒng)：本成果為上海交通大學所有。為滿足國內(nèi)船舶工業(yè)的制造噸位大、生產(chǎn)周期短、操作規(guī)范安全的需求，平臺系統(tǒng)提高了中國船舶制造技術在國際上的競爭力，改變了國內(nèi)船舶制造中槳舵安裝設備長期依賴進口的現(xiàn)狀。圖31展示了所研發(fā)的重型船艉槳舵液壓工作車安裝平臺系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在滬東中華造船集團有限公司、浙江金海重工股份有限公司、大連船舶重工、青島北海船舶重工、浙江歐華造船有限公司和山海關造船重工有限責任公司等多家大型船舶制造企業(yè)得到成功應用，完成了10余套平臺系統(tǒng)的設計制造。該平臺的使用，大大縮短船舶槳/舵的安裝周期，真正體現(xiàn)了船舶槳/舵安裝的高效性和安全性。

汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線：本成果為武漢法利萊切焊系統(tǒng)工程有限公司所有。生產(chǎn)線采用光纖激光器，配以相應的導光系統(tǒng)、機器人、工裝夾具、車身輸送線、控制系統(tǒng)等進行激光焊接技術開發(fā)，對轎車大型車身件（頂蓋與側圍）可激光焊接，研究實用化的激光焊接關鍵技術、工藝、質(zhì)量檢驗與控制措施，并將各加工制造系統(tǒng)有機集成，實現(xiàn)在線生產(chǎn)，滿足生產(chǎn)要求。通過焊裝夾具、頂蓋夾具、龍門架及地板夾具的設計，焊接工位通過浮動工裝再次定位頂蓋Z向形面，可保證頂蓋與車身焊縫位置和間隙。同時，降低焊接應力減少焊后變形，利用車身自身重量牢牢支撐在地板夾具上，保證Z軸定位準確。再用一個圓柱銷和一個棱形銷兩點定位，保證X、Y軸的方向精度，以便于焊接線路的準確性。位于車尾處的龍門架則用于放置送絲機、焊絲預熱系統(tǒng)及其冷卻系統(tǒng)。兩側的龍門架內(nèi)側設計了四個定位壓塊，用于工裝夾具定位，使夾具放置在車身上穩(wěn)定定位。激光焊接可以實現(xiàn)兩塊鋼板之間的冶金結合，減少搭接寬度，壓縮車身結構件體積，減少車身重量，把傳統(tǒng)點焊變成連續(xù)焊接，提升車身強度30%，降低熱變形，極大提高車身結合精度。

一種連續(xù)長焊縫移動送進攪拌摩擦焊技術：本成果為中國科學院沈陽自動化研究所持有。本成果是一種基于輥輪驅(qū)動原理的連續(xù)長焊縫移動送進攪拌摩擦焊技術。其移動送進工裝主要包括基體、主動輥機構、從動輥機構、背部支撐機構和上側壓緊機構等（圖32）。上側壓緊機構安裝于主機頭上，且包圍攪拌頭。焊接時與背部支撐機構共同對工件施加厚度方向的裝卡限位；主動輥和從動輥沿焊接方向分布于攪拌頭的前方和后方，二者靠近上側壓緊機構，對工件施加焊接方向的裝卡限位并提供移動驅(qū)動力（圖33）。焊接時，主機頭帶動攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，插入被焊工件。工裝主動輥帶動從動輥旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動工件沿焊接方向移動送進，與高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭發(fā)生相對運動，從而實現(xiàn)長焊縫連續(xù)移動送進攪拌摩擦焊接（圖34）。工裝結構簡單緊湊，穩(wěn)定可靠，占地空間小，制造成本低，工件裝卡簡單，極大提高焊接生產(chǎn)效率。原則上，采用這一工藝方法，可以實現(xiàn)任意長度長焊縫的低成本、高質(zhì)量、高效率的連續(xù)攪拌摩擦焊接。

超高轉(zhuǎn)速低載荷攪拌摩擦焊技術：本成果為中國科學院沈陽自動化研究所持有。隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，越來越多的現(xiàn)場焊接制造及就位維護維修都對FSW這一高質(zhì)量的焊接技術提出迫切應用需求，從而要求焊接設備具有更小的體積和重量。要想研制出小型化FSW設備，首要條件就是要從工藝角度降低焊接載荷，即研發(fā)出低載荷FSW工藝。超高轉(zhuǎn)速FSW（焊具轉(zhuǎn)速超過3000r/min）是減小被焊材料變形抗力、降低FSW載荷的有效手段。本成果基于FSW過程的材料流動機理，研發(fā)專用焊具，成功在5000r/min以上的超高轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)鋁合金板材的高質(zhì)量攪拌摩擦焊接，獲得優(yōu)質(zhì)焊縫成形和優(yōu)異的接頭力學性能。拉伸測試結果顯示，接頭拉伸時斷在焊縫外側母材區(qū)，其拉伸性能達到與母材等強水平。載荷測量結果顯示，超高轉(zhuǎn)速條件下，焊接軸向壓力和主軸扭矩可達1.2kN和5.7Nm，分別僅為常規(guī)FSW時測量結果的1/5和1/8，焊接載荷顯著下降（圖35）。

焊接智能化辦公系統(tǒng)：本成果為南京聚英信息技術有限公司所有。是集焊接技術、人員測評、機構管理為一體的專業(yè)辦公軟件?？梢葬槍Σ煌袠I(yè)的實際焊接生產(chǎn)要求和產(chǎn)品執(zhí)行標準專門設計開發(fā)。系統(tǒng)采用專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)路信息化技術，建立了底層健全的數(shù)據(jù)流、知識庫、模型庫，可以根據(jù)企業(yè)需求量身定做，各個系統(tǒng)之間可以靈活組合，實現(xiàn)企業(yè)焊接智能化辦公。該系統(tǒng)包括：焊接工藝評定系統(tǒng)，焊工技能評定系統(tǒng)，焊工考試題庫及管理系統(tǒng)，焊接智能化辦公系統(tǒng)，焊接基礎數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，焊接知識獲取與管理系統(tǒng)，焊接工藝自動設計系統(tǒng)，焊接材料及工時定額系統(tǒng)。本成果歷經(jīng)5年開發(fā)，量身定制智能化焊接辦公系統(tǒng)，具有獨立自主的知識產(chǎn)權，不僅可以完善焊接數(shù)據(jù)和知識共享平臺、促進焊接數(shù)據(jù)積累和知識傳承，且可推進企業(yè)焊接數(shù)字化發(fā)展進程。系統(tǒng)已在航空、航天、造船、石油化工、重型機械、工程機械及鋼結構等行業(yè)成功應用。

焊接數(shù)字化系統(tǒng)：本成果為南京航空航天大學所有。本成果采用有限元技術研究焊接熱過程、應力應變及凝固裂紋預測方法；利用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡、Monte Carlo、元胞自動機、相場法等對焊接接頭力學性能及組織進行多尺度模擬和預測。利用長期積累的焊接數(shù)據(jù)、知識和模型，為航空、航天、鍋爐、機電、油田建設、工程機械、船舶制造等各個領域設計專用數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)，為焊接企業(yè)提供各種復雜焊接結構缺陷、應力和變形模擬分析。該系統(tǒng)功能包括：焊接基礎數(shù)據(jù)庫共享平臺，焊接專家系統(tǒng)，焊接熱過程、應力、應變、變形模擬和預測，焊接接頭力學性能預測，焊接組織模擬與預測，焊接模擬軟件二次開發(fā)和設計，焊接過程監(jiān)測和管理，焊接工程專用軟件設計。課題組先后承擔多項國家自然基金項目。實現(xiàn)熔池凝固組織形貌、晶粒生長和焊縫固態(tài)相變組織模擬和預測，建立鋼材和鈦合金焊接組織模擬平臺，縮短組織模擬與實際應用距離。如圖36為焊縫及熱影響區(qū)晶粒生長蒙特卡羅模擬。圖37為焊接熔池枝晶生長元胞自動機模擬。課題組針對不同行業(yè)需求，結合不同標準進行焊接工程專用軟件設計，包括焊接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，焊接專家系統(tǒng)，焊接CAPP系統(tǒng)，焊接工藝評定系統(tǒng)，焊工檔案和資質(zhì)管理系統(tǒng)，焊工培訓和焊工考試系統(tǒng)等。

3.3 切割設備

大尺寸鈑金件高功率激光高效高質(zhì)復雜廓形切割技術與系列裝備：本成果為大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司所有。該系列裝備采用雙驅(qū)高速高精度同步運行和Z軸配重滑枕技術，解決了大尺寸三維鈑金件高速切割加工難題。實現(xiàn)了雙驅(qū)動高速高精度同步穩(wěn)定運行和智能連線控制。配套料庫和上下料裝置結合生成管理軟件，提高了自動化程度和生產(chǎn)效率。研制了高速大行程回轉(zhuǎn)夾頭、組合匹配自動上下料裝置、管材輔助支撐裝置和切管軟件，解決了異型管復雜截面的柔性切割難題，提高了切割質(zhì)量和效率。研制的高架龍門式大幅面高精度三維五軸聯(lián)動光纖切割床、多機聯(lián)動自動化光纖激光切割生產(chǎn)線、自動化光纖激光切管機和高速高功率光纖激光切割機，初步建立了二維和三維切割工藝數(shù)據(jù)庫，解決了復雜廓形厚板高質(zhì)量切割及薄板切割技術難題。

大尺寸鈑金件高功率激光切割、焊接基礎部件：本成果為大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司所有。其采用水、氣、光密封無限旋轉(zhuǎn)技術，抗電磁干擾的多路電信號無限旋轉(zhuǎn)技術，解決了高速高精度無限旋轉(zhuǎn)技術難題。研發(fā)了高功率激光焊接等離子體和金屬蒸氣強光干擾技術，解決了高功率激光焊接在線視覺監(jiān)測和高速焊縫跟蹤遇到的強光干擾問題，滿足高功率激光焊接穩(wěn)定性的要求。通過高通光、高效熱管理、高均勻穩(wěn)定氣流分布、高密封性技術，解決了高功率激光加工頭穩(wěn)定性難題，成功開發(fā)了高功率激光加工頭。研制的首臺高功率高精度三維五軸聯(lián)動激光加工頭，首套高功率焊接在線集成視覺監(jiān)測，實時焊縫跟蹤修正系統(tǒng)，形成以三維五軸聯(lián)動激光切割機床和激光焊接系統(tǒng)組成的激光切割焊接設備。實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應用。

數(shù)控鉆銑、等離子坡口切割復合機：本成果為江蘇博大數(shù)控成套設備有限公司所有。BODA數(shù)控鉆銑等離子坡口切割復合機如圖38所示，加工樣件如圖39所示。該設備廣泛應用于電力、橋梁、汽車等行業(yè)中厚板帶孔零件的加工，設備集冷、熱加工為一體，可根據(jù)需要選配部件實現(xiàn)多重功能：鉆孔、攻絲、劃線、等離子/火焰切割、輪廓切割、坡口切割等，一次裝夾即可完成鉆孔、銑面、切割等多道工序，實現(xiàn)跨平臺多功能集成，減少輔助工序時間，降低勞動強度，提高產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率。該設備為有帶孔零件加工的企業(yè)需要定制，實現(xiàn)多工序一體化，將切割工藝與生產(chǎn)流程中的其他工序有機結合，提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)工序，有效降低人工成本。

復合式數(shù)控相貫線切管機：本成果為江蘇博大數(shù)控成套設備有限公司所有。BODA復合式數(shù)控相貫線切管機如圖40所示。一些典型的應用對象如圖41所示。BODA復合式數(shù)控相貫線切割機是新型數(shù)控管相貫線切管機，主要用于圓管、方管、矩形管、異型管的切割加工。通過數(shù)控系統(tǒng)控制，可在管上切割任意形狀的曲線。配備火焰、等離子，可以方便切割碳鋼管、不銹管及鋁管。該設備創(chuàng)新采用雙卡盤結構，搭載在固定機架上異步夾緊、同步驅(qū)動；數(shù)控系統(tǒng)七軸聯(lián)動，帶有外部遙控工作站；功能強大，操作方便；切割程序采用3D軟件建模，整機界面友好，功能齊備，所見即所得。

小型數(shù)控切割機（ZNC型）：該成果為上海正特焊接器材制造有限公司所有。是綜合大型龍門式切割機的切割精度和半自動切割小車、仿形切割機小巧靈活優(yōu)點而發(fā)展的新型懸臂結構式智能化鋼板切割設備。本成果已先后突破橫向切割1.5m、2.1m，現(xiàn)已達到2.3m；縱向切割可無限延長的最大有效切割面積。ZNC系列小型數(shù)控切割機采用專業(yè)數(shù)控機控制，通過數(shù)字控制系統(tǒng)編程對復雜二維圖形零件進行直接切割，并能精準控制執(zhí)行電機獲得很高的切割精度。也可將CAD圖形通過USB接口輸入后直接作業(yè)，并能實現(xiàn)智能化套料切割，取代人工放樣畫線，大幅提高生產(chǎn)效率和原材料利用率。ZNC系列小型數(shù)控切割機可快速拆分和組合導軌底座、橫臂、切割車三大部件，僅依靠人力或輕便簡單移運設備實現(xiàn)快速搬運。切割時設備不用打地基，也不用采取其他固定輔助措施?？芍苯臃旁诘厣?，也可放于切割臺上，或直接放在被切割鋼板上直接切割，不受固定作業(yè)場地限制。可直接使用切割氣體火焰切割，或配上等離子切割設備進行等離子切割，以實現(xiàn)碳鋼板、不銹鋼板、銅鋁等有色金屬不同板材進行切割零件和下料。

4 結束語

焊接專利及科技成果無疑是中國焊接自主創(chuàng)新技術的晴雨表，掌握高端焊接技術核心知識產(chǎn)權是中國由焊接產(chǎn)業(yè)大國向焊接產(chǎn)業(yè)強國邁進的關鍵必要條件。作為焊接企業(yè)、研發(fā)機構及焊接科技人員，這是不可推卸的歷史使命?！吨袊圃?025》為科研人員指出中國未來自主創(chuàng)新方向，《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》制定了未來5年的奮斗目標。中國正處在向創(chuàng)新型國家轉(zhuǎn)型的關鍵時期。

中國焊接協(xié)會將以展示區(qū)的成功舉辦為契機，總結經(jīng)驗與不足，努力為行業(yè)和焊接企業(yè)提供高質(zhì)量的焊接專利與科技鑒定展示成果，細化展板設計和提高《展示區(qū)科技成果匯編》質(zhì)量，提高服務水平，給企業(yè)、大學、研究院等廣大焊接科技人員和專利成果的自由研發(fā)者提供一個展示焊接專利和推廣科技成果的舞臺，為我國焊接產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級做出有益的貢獻。

焊接專利和科技成果展示區(qū)得到成果發(fā)布企業(yè)，焊接行業(yè)各界人士和中國機械工程學會及北京·埃森展組委會的大力支持，在此表示由衷感謝！