所属领域

工程机械

技术成熟度

产业化

应用行业

能源、港口运输等

合作方式

技术合作

成果概况

1000m以下的煤炭开采比重日益增加，因此，针对深部开采等严苛条件下（高温、重载、冲击、摩擦、介质腐蚀等）长寿命安全服役矿山机械产品的研发与应用成为我国高端装备领域发展方向之一。十九大报告提出“要建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，构建市场导向的绿色技术创新体系，推进资源全面节约和循环利用”。矿山机械中厚板关键部件成型过程中采用的传统电弧焊技术普遍存在能耗大、成本偏高和质量低下等问题。寻求高质量、长寿命、低成本、低能耗的中厚板结构件绿色焊接技术成为煤炭行业发展的重中之重。《中国制造2025》提出十大重点发展领域，核心是要在激光技术等高端装备方面取得突破发展。本项目自主开发超窄间隙激光焊方法与设备，实现了超低填充量、高效率、低能耗、高质量的非平衡焊接技术的创新研发，并将这一技术辐射到工程机械、化工机械、矿山机械等行业零部件的绿色焊接加工生产，推进了激光高端装备制造业的发展。

关键技术

1）研发了振镜摆动超窄间隙激光焊接技术，降低了热输入，实现了稳定可靠的侧壁熔合、促进气泡逸出，增加了工件容隙能力。提出了振镜摆动激光焊接新工艺(最大频率440Hz，最大振幅4mm)，实现了狭窄空间（坡口单边角3°，根部间隙2mm）、复杂截面内的熔滴过渡形式与焊接熔池形貌的精准调控，扩大间隙适应性，抑制气孔产生，预防侧壁、底池与层间未熔合，改变晶粒生长行为。

2）建立了交变磁场熔池搅拌精准控制系统，有效降低了合金元素的偏析和焊缝中的气孔。揭示了交变磁场对匙孔/熔池动态行为的调控机制，实现了交变磁场对窄间隙激光焊焊接质量的主动调控, 磁场最大作用宽度与深度均为100mm，最大磁场强度60mT。

3）开发了高能电脉冲与在线轧制工艺，有效降低流变应力，细化晶粒，抑制缺陷，提高焊缝韧性。创立了多场耦合非平衡激光焊接新方法，揭示了非平衡凝固与固态相变本征关联，实现了电致热塑性、电致热处理、在线轧制协同作用下，面向复杂工艺参数的组织、缺陷复合调控, 最大脉冲频率800Hz，最高输出电压150V，最大脉宽100μs, 轧制压力最大达5t。

4）开发出集振镜摆动、电磁调控、高能电脉冲、在线轧制为一体的多效应耦合协同调控超窄间隙激光焊接成套装备，实现了中高碳当量钢材超窄间隙的高质、高效焊接。功率6000W条件下，焊接速度达1.2m/min，送丝速度达7.8m/min。以徐工集团某型号零部件为例，对比传统气保焊，坡口填充量减少约 71%，节约焊接成本83%，焊接效率提升58%。

应用领域和市场前景

徐工集团、晋能控股集团、上海煤科等中厚板的焊接领域。