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【经济参考报】河北科技大学破解多项焊接“卡脖子”难题

作为生产制造中的关键技术,焊接又被称为“工业缝纫机”,小到一枚集成电路芯片、大到一艘航空母舰,都离不开焊接技术。记者了解到,河北科技大学的科研团队致力焊接相关研究工作,解决了生产制造中的焊接“卡脖子”难题,为提高企业核心竞争力、促进产业升级、助力国防事业和高质量发展作出贡献。

金属“裁缝”助力中国制造

河北科技大学材料科学与工程学院焊接专业学生上课时,经常会听到焊接在“核潜艇”“海洋钻井平台”“神舟飞船”“复兴号高铁”等大国重器的制造中如何发挥作用的故事,那就是王军教授在专业课上开讲了。

从事焊接技术研究33年,王军教授亲身经历并见证了我国焊接事业的蓬勃发展。他和团队致力于“产学研用”一体化科研攻关,在搅拌摩擦焊和回填式搅拌摩擦点焊等方面开展基础理论研究,对工艺方法、设计制造、系统集成等进行创新,攻克了金属熔敷热力解耦控制、薄壁双曲结构焊接变形控制、多变量耦合工艺调控等技术难题,通过自主研发、自主创新,助推焊接行业发展。

在中国石油天然气管道科学研究院开展的西气东输管线钢焊接试验中,为确保工程安全质量,王军教授及其团队连续奋战100多天,成功解决了管道全位置根焊问题。

王军教授告诉记者,为响应国家节能减排和建设制造业强国的号召,团队基于铝合金轻量化设计,系统深入研究高强铝合金焊接成形原理、焊接变形控制和微观组织调控等应用基础研究,攻克了“中国天眼”FAST馈源舱升降装置焊接问题,实现了射电望远镜接收机的高精度指向跟踪。

20多年来,王军教授及其团队始终坚持追踪焊接行业前沿,与国内科研院所合作开发了国内第一台机器人RFSSW焊接系统,首次完成搅拌摩擦焊在通用航空器的应用研究并实现样件制作。“我们研发的基于物联网的焊接过程在线检测系统等十余项成果,为重大工程中关键部件的可靠性焊接,提供了重要技术支撑和储备,现已在50多家企业推广应用。”王军说。

“深耕”大线能量焊接  服务海洋强国战略

“我们国家海洋资源十分丰富,资源开发乃至国家安全都离不开海洋工程用钢,焊接作为其中一项重要工序,决定着海洋用钢的高效性和安全性。”谈及焊接课题研究的重要意义,河北科技大学校长朱立光教授如是说。

随着我国船舶制造业迅猛发展,为提高造船生产率,造船厂广泛采用大线能量焊接。但随着线能量增大,焊接热影响区低温冲击韧性急剧降低,严重威胁船舶的安全使用。

为解决这一“卡脖子”难题,从2013年开始,朱立光教授组建了一支具有多学科背景的研究团队,建设了集冶炼、连铸、轧制、焊接及组织性能测试为一体的研究平台与中试基地,集中力量研究、攻克基于新一代氧化物冶金技术的大线能量焊接用钢难题。

经过在实验室1000多个日夜反复试验,团队开创了以铝终脱氧、钼—铌—镁—钛微合金化的大线能量焊接船体钢工业化生产先例,解决了大线能量焊接时热影响区韧性大幅下降的公认难题。

该研究成果先后在邯钢、唐钢、首钢等企业应用,产品通过中国、美国、德国、韩国等多国船级社认证和船厂生产许可,并在十万吨级以上轮船推广使用,促进了河北省钢铁工业产品结构转型升级,对加快实现“钢铁大省”向“钢铁强省”转变具有重要意义。

“小焊缝”为“大国重器”保驾护航

当大家津津乐道于“复兴号”动车组率先实现时速350公里,为世界高铁树立了新标杆的时候,河北科技大学材料学院院长汪殿龙教授和梁志敏教授感到十分自豪,因为他们所在的“先进连接与过程控制”团队为“复兴号”高速列车的生产贡献了力量。

“做基础研究的同时,团队寻找一切机会参与国家重大工程或装备制造。”汪殿龙说,他们自主开发的弧焊过程高速摄像与电信同步采集系统,能够以每秒几千帧的速度采集电弧或熔滴过渡图像,同时可以500kHz的速度采集焊接电流和电压信号,然后将图像和电信号结合起来,精确定量分析和评价焊接过程。

据介绍,这套弧焊过程质量分析系统得到了中车青岛四方公司的青睐,经过技术洽谈,团队按照企业的要求对系统进行了升级和集成。由于该系统便于操作、成像效果好、分析功能强大,很快在行业内获得认可,被唐山松下、中船黄埔、北京汇众等企业采用。

在开发弧焊过程分析系统的同时,团队了解到高速列车车体铝合金焊接工艺存在的热裂纹和接头性能下降问题,立刻着手研究。他们开发的CMT(冷金属过渡)焊接工艺,将等低热输入焊接工艺应用于铝合金厚板,并提出了多种CMT复合工艺,既保持了热输入小的优点,同时又避免熔合不良的缺点,最终CMT焊接工艺成功应用于高速列车焊接生产中,显著降低了热裂纹倾向,提高了接头强度。

报道链接:http://www.jjckb.cn/2021-03/30/c_139845685.htm

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