成 果 简 介 磁脉冲焊接技术的焊接过程很短，瞬间（30 ～ 100µs）即可完成，且无污染；可使金属材料和非金属材料进行连接或焊接；一般可在常温（即冷态）下进行，且焊接过程无明显的升温，无明显热影  响区，焊接接头强度接近于母材；比爆炸焊安全，且简单易行；能量易精确控制，重复性好，故容易   实现机械化和自动化。此磁脉冲焊接工装简单，无须传压介质，不损伤零件表面，加工能量可参数化 控制， 能实现零件的精密连接装配的优势。在航空、航天及军事工业中，已部分或全部用来代替铆接   或焊接， 成果和效果是显著的。该方法不但能焊接 Al、Cu 及其合金, 而且还可以焊接如低碳钢、不锈钢、Ti 及其合金等的同种和异种金属，还可焊接金属与非金属。

本项目成果主要针对颗粒增强铝基复合材料电弧熔焊接头中焊缝晶粒粗大、颗粒增强相偏聚等问题，以及氧化物弥散强化（Oxide dispersion strengthened，ODS）高温合金TIG焊过程中焊缝晶粒粗大及气孔等问题，通过超声频脉冲电源与弧焊电源并联耦合，获得超声电弧，对焊缝熔池直接施加超声振动作用，从而细化焊缝晶粒，改善气孔问题。同时利用电弧超声产生的空化作用将贴附在颗粒表面的气体、氧化层和杂质等清理干净，改善增强相颗粒在基体中的分布情况。 电弧超声可以去除待焊表面的氧化膜，

本项目成果主要针对颗粒增强铝基复合材料电弧熔焊接头中焊缝晶粒粗大、颗粒增强相偏聚等问题，以及氧化物弥散强化（ Oxide dispersion strengthened， ODS）高温合金 TIG 焊过程中焊缝晶粒粗大及气孔等问题，通过超声频脉冲电源与弧焊电源并联耦合，获得超声电弧，对焊缝熔池直接施加超声振动作用，从而细化焊缝晶粒，改善气孔问题。同时利用电弧超声产生的空化作用将贴附在颗粒表面的气体、氧化层和杂质等清理干净，改善增强相颗粒在基体中的分布情况。电弧超声可以去除待焊表面的氧化

“构件化智能制造执行系统”主要针对离散型生产企业，基于CORBA和构件化技术，通过分析MES的功能模型和结构模型，规划MES的功能组件和MES与相关企业应用系统集成的接口组件，开发出的构件化智能制造执行系统。系统在软件结构上采用C/S模式，使用构件化的软件设计方法，在功能上基本与制造执行系统一致，基本达到国际20世纪90年代末的MES软件水平，填补国内在高端MES软件产品上的空白。 整个系统根据功能划分为生产计划管理、工段作业管理、基础数据管理、物料管理、成本管理、质量管理、劳资人事管理等七个模块，其中前三个模块是整个系统运行的核心。系统可以对车间所有人员、设备、工具、工装以及时间等生产性资源进行合理优化配置，实现低成本、短交货期、高质量生产，以及对生产作业现场的设备状态、人员和生产质量等情况实时监控，并随时根据作业现场的反馈信息调整生产作业指令，使得生产执行过程中各种生产要素处于比较理想的状态。 系统于2000年被辽宁省信息化领导办公室和辽宁省软件产品发展领导小组办公室联合评为“辽宁省优秀软件产品”奖，并被大连市科技金奖奖励委员会评为2000年度“大连市科技金奖”。

适用于院校智能制造、机电一体化、机械制造相关实习实训室设备建设、搬迁及改造，包括数控加工程序管控与机床设备状态监控、生产线的质量监控与质量追溯、生产线的工业应用管控平台与教学平台的集成及MES系统优化等 。

轴承智能制造生产示范线以滚动轴承装配为应用场景，基于云平台和工业互联网技术，研制出滚动轴承机器人自动装配作业生产线；运用数据化设计技术，建立滚动轴承机器人自动装配生产线三维数字化模型，结合深度学习等技术，实现滚动轴承装配作业流程优化和仿真；借助无线网和传感器，实时采集滚动轴承装配生产的过程数据，并上传云端，应用数据统计和机器学习技术，自动生成滚动轴承装配生产过程的数据报表；采用云端软件架构，开发集滚动轴承装配生产过程管理、实践教学管理、在线课程和远程教学指导等功能于一体的管理软件，为工科学生或企业员工学习云制造技术，提供一款忠于工业生产场景，云制造技术要素齐备，工艺流程短小精悍，便于实验实训组织和开展的典型生产线。 滚动轴承装配柔性生产组成：由原料货架、AGV、滚动轴承自动装配单元、工业相机、货架等硬件设备构成。工业互联网组建：机器人、PLC、AGV、工业相机等节点及现场传感器，通过工业互联网相连接。生产线数字化模型建立：利用虚拟仿真软件创建设备三维数字化模型。生产工艺流程重组、优化和仿真：基于效率、能耗或设备利用率等，运用智能调度算法，实现过程模拟仿真、流程规划。生产过程精细化管理和智能决策：建立生产过程数据采集和分析系统，利用工业大数据分析技术，自动调整生产工艺参数。

高校科技成果尽在科转云

虚拟制造技术是前沿性的边缘学科，是先进制造技术、计算机技术、网络信息技术、虚拟现实技术、视觉技术和现代艺术的融合。 虚拟制造是在以计算机为核心的虚拟空间内把生产要素转变为虚拟产品及制造机能的全部行为。涵盖了从产品概念的形成、设计、场地规划、生产决策、制造工艺、生产流程、性能测试、试验、装配指导、机能培训、市场销售等生产全过程。 虚拟制造技术可在互动性可视化环境下，可通过企业生产的模拟运转来评估和优化制造过程，在实际生产之前就发现问题，在不消耗实际生产资源的情况下找出最优方案，达到缩短周期、降低成本、提高效益的目的。 姚福生院士2005年创建上海理工大学虚拟制造技术研究院以来，率领科研团队建立了大型虚拟制造技术实验室，取得了丰硕的科研成果，建立了上海市虚拟制造技术公共服务平台。该技术已成功应用到航天、战机、大型商用飞机、交通安全、世博会、大型装备制造、电力、科普等领域，涉及到园区规划、虚拟展览、教育培训、产品虚拟设计和制造、生产仿真、调度指挥、协同制造、远程故障诊断和维护等众多项目。

成果与项目的背景及主要用途：统计资料表明，80-90%焊接结构断裂事故 是由疲劳失效引起的，由于焊接接头的焊趾处的应力集中和残余拉伸应力作用， 焊接接头疲劳强度大幅度地低于基本金属的疲劳强度。虽然结构按疲劳规范设 计，仍然发生一些整体结构的过早疲劳失效，造成巨大的经济损失，甚至是人 身伤亡事故。由于焊接接头焊趾是疲劳裂纹引发部位，如果对该部位实施适当 的处理，使残余拉伸应力转变为压缩应力和减少应力集中，这将有利于延缓疲 劳裂纹的产生，具有巨大的社会效益和经济效益。本项目是在国家自然科学基 金的支持下完成的，从超声波冲击、相变应力应用、等离子喷涂等三方面提出 了三种改善焊接结构疲劳性能的新技术，研制发明了相应的装置、焊接材料和 喷涂技术。这些方法可以方便地应用到桥梁、采油平台、船舶、飞机、机车车 辆、压力容器及管道等工况、野外施工和高空现场作业的场合，其应用前景是 十分乐观。 技术原理与工艺流程简介：天津大学科技成果选编 1）超声冲击方法改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理为：通过超声波发 生器将电网上的工频交流电转换成超声频的交流电，用以激励声学系统的换能器。 换能器将电能转换成同样频率的机械振动，在机架所提供的一定压力作用下，将 该超声频的机械振动传递给工件上的焊缝，使以焊趾为中心的一定区域内焊接接 头表面产生足够厚度的塑性变形层，从而达到改善接头几何外形，降低应力集中 程度、调节其应力场沿厚度方向的分布状况，最终达到改善焊接接头疲劳强度的 目的。 2）相变应力应用改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理：利用开发的相变 应力焊接材料使焊缝金属冷却中产生的相变应力，抵消焊接残余拉伸应力并获得 压缩应力，最终达到改善焊接接头疲劳强度的目的。 3）等离子喷涂改善焊接结构疲劳性能的基本工作原理：利用等离子在焊趾 部位喷上结合性能良好的涂层材料来改善接头的应力集中状态，最终达到改善焊 接接头疲劳强度的目的。 技术水平及专利与获奖情况：整体研究达国际先进水平；已获国家发明专利 3 项，在申请国家发明专利 5 项；2004 年度天津市自然科学一等奖，2002 年获 教育部发明二等奖。 应用前景分析及效益预测：接头焊趾及焊跟部位是焊接结构承受疲劳载荷的 薄弱环节，改善焊趾和焊根部位的疲劳性能将提高整个结构的疲劳性能。使用超 声波冲击、相变应力及等离子喷涂等这些新技术可以大幅度地改善焊接结构的疲 劳寿命，显著降低焊接结构破坏事故的发生几率, 进而节约焊接结构的用钢量和 资金，增加焊接结构的安全裕度，防止因焊接结构发生意外疲劳破坏事故给国家 和人民财产的经济损失，因此具有广阔的应用前景及产生巨大社会效益和经济效 益的可能。 应用领域：可以应用到桥梁、采油平台、船舶、飞机、机车车辆、压力容器 及管道、水轮机、火箭发动机、汽车制造等诸多领域。 

通过无损探伤、拉伸试验、水压试验和水压爆破试验对采用该技术制备的接 头进行了完整性和力学性能检测，测试结果合格。