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

功能描述： 锁锌板焊接不打磨， 纵缝

加粗铝型材桌腿，铝合金电源盒， 可根据用户需求定制！

塔脚焊接机器人用途及特点 1. 该设备主要用于铁塔塔脚的焊接。 2. 独创的参数化编程方案，无论塔角大小，只需输入8个参数，就能够自动完成塔角的编程。 3. 设备自动化程度高，一键式启动，自动完成整个塔角的焊接。 4. 数控塔角变位机，采用机器人高精度关节减速机配私服电机驱动，定位精准快捷，独创的快速装夹方案，3分钟就能完成塔角装夹。 5. 采用激光寻位，用以纠正安装制造误差。 6. 设备结构合理，运行平稳。

焊接机器人比人工焊接有着无与伦比的优势，操作简单，普通工人直接代替高技焊工，从而为企业节省高额人工成本，人工需要休息，焊接机器人可以连续工作，生产效率是人工的3倍以上，而且更能降低人工的管理成本。工人焊接工作强度大，工作环境恶劣，焊接烟尘，焊接飞溅，焊接弧光等对人体有很大的伤害，而焊接机器人操作相对简单，它有封闭的独立工作站，操作人员在工作站之外能够完成焊接工作，工人健康得到很好的保护。

焊接机器人比人工焊接有着无与伦比的优势，操作简单，普通工人直接代替高技焊工，从而为企业节省高额人工成本，人工需要休息，焊接机器人可以连续工作，生产效率是人工的3倍以上，而且更能降低人工的管理成本。工人焊接工作强度大，工作环境恶劣，焊接烟尘，焊接飞溅，焊接弧光等对人体有很大的伤害，而焊接机器人操作相对简单，它有封闭的独立工作站，操作人员在工作站之外能够完成焊接工作，工人健康得到很好的保护。

厚板焊接作为我国核电、船舶、石化等领域重大装备的关键制造技术，对低热输入、高效率、高质量的新型焊接方法升级需求极其迫切。窄间隙焊接技术因采用窄且深的坡口，在厚板焊接时具有效率高、填充量少、热输入小、变形小等优势，在提高焊接效率和焊接质量等方面具有重要应用前景。目前，该类技术在国外核电、船舶等行业广泛应用，技术较为成熟。而我国窄间隙焊接技术研究起步较晚，在大厚板核心焊接设备、工艺及材料均受制于人，尤其针对我国国防重点企业，存在“卡脖子”风险。高端焊接装备依赖于进口，价格高昂。国外主要生产厂家包括法国宝利苏迪、日本日立公司、美国电弧机器等，国内生产厂家华恒、唐山开元等依赖于国外企业的专利授权。 国际和国内现有技术一般采用钨极摆动、陶瓷片约束、横向交变磁场等控制电弧周期性地在两侧壁之间燃烧，存在装置复杂、母材被磁化或间隙较大等缺点。为解决窄间隙焊接侧壁熔合的难题，课题组另辟蹊径，创新性地提出了一种具有完全自主知识产权的“厚板超窄间隙旋转电弧焊接技术及成套装备”新技术。该技术突破了现有窄间隙钨极氩弧焊接（NG-GTAW，narrow-gap gas tungsten arc welding）工艺的局限性，已实现壁厚50 mm超窄间隙焊接，能够更为可靠、简便地解决侧壁未熔合缺陷问题。相对于国内外的现有技术，该技术形成的旋转电弧能够有效改善电弧热量及压力的均匀性，在保证熔敷金属质量均匀的同时避免熔深过大，具备高质量、高效率的突出优势，达到国际先进水平，已在国防、核电、QT等工业领域推广应用。同时，研究团队自主设计研发了面向核电、石化、船舶等装备的大厚板非轴对称旋转钨极超窄间隙GTAW成套装备（图1），可实现板厚超过150 mm、窄间隙5 mm——9 mm的厚壁材料高质量自动化焊接。 图1 大厚板非轴对称旋转钨极超窄间隙GTAW成套装备 该设备特别适用于厚壁不锈钢焊接、钛合金、980高强钢、9Ni钢等特种材料，在核电、军工、石化等领域具有广泛的应用前景。目前处于国际先进水平的宝利苏迪公司生产的单套设备售价高达380万元，国产设备售价也达到150——200万元水平。而自主设计研发的设备单套成本仅约30万元，能够产生巨大的经济效益。

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。 

本项目涉及的是一种与大线能量焊接用钢相配套的专用药芯焊丝。近年，随着构件的大型化和大跨度化，为提高焊接施工效率和降低生产成本，诸如自动气电立焊、埋弧焊、电渣焊等大线能量焊接方法已相继在造船、建筑、桥梁、石油化工、海洋结构等制造领域中得到广泛应用。 例如，在船舶制造中，焊接工时约占总工时的40%，焊接成本约占船舶制造成本的17%，日本造船行业从90年代初开始应用大线能量焊接技术后，焊接效率较传统的多道次焊接提高近10倍，但是在大线能量焊接条件下，焊接接头处的温度升高、受热时间增长，导致焊缝及热影响区(HAZ) 晶粒组织粗化，会使力学性能尤其是冲击韧性变差，为解决此问题，日本在20年前就已采用氧化物冶金新技术研究开发成功能够承受400kJ/cm以上热输入的大线能量焊接造船钢板，40至100mm厚度的钢板可实现一道次焊接成形，使造船成本显著降低、船舶建造周期大幅度缩短，但日本各钢铁公司对这项技术严格保密从不披露其工艺细节。在此背景下，国内钢铁企业和科研院校相继开展了大线能量焊接专用钢的研究开发，其中，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室同国内钢铁企业合作已经工业试制成功线能量大于400kJ/cm的 战略石油储罐用钢（该项成果2013年获冶金科学技术二等奖）和EH40、EH36级船板用钢，但是与这些大线能量焊接用钢相配套的国产焊接材料此前鲜有研究开发和实际应用业绩报道，目前国内市场所需的100-300kJ/cm 大线能量焊接专用药芯焊丝几乎全部从日本高价进口，而能够承受400kJ/cm以上线能量的高端药芯焊丝日方处于某种战略考量至今拒绝出口中国市场，为了改变这种长期受制于人的被动局面，东北大学RAL国家重点实验室基于前期大线能量焊接用钢研发的技术基础，近期已试制成功直径1.0-1.6mm、焊接线能量100-500kJ/cm、适于气电立焊的大线能量焊接专用药芯焊丝，药芯焊丝在线能量200～425kJ/cm的较大范围内，各项力学性能均能满足目前国内常用船板的大线能量焊接要求，同样有望满足储油罐钢板的大线能量焊接要求。该焊丝除有望替代进口、满足国内造船企业和国家战略石油储备库建设的大量需求外，还有望在海洋工程、石油化工、高层建筑和桥梁建造等众多领域得到推广应用。

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。