换热器管板接头数量多，管子排列密集，且无法转动，如图1所示。手工焊接方法在换热器管板焊接中效率低、对工人的劳动强度高且焊缝质量难以保证。

由于大尺寸焊接结构尺寸较大、结构复杂，所以其有限元建模过程难度较大，利用计算机编程技术对整个建模过程进行参数化设计，将复杂的结构转化为典型的简单结构，使得整个有限元仿真过程更加简单、效率更高。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 由于大尺寸焊接结构尺寸较大、结构复杂，所以其有限元建模过程难度较大，利用计算机编程技术对整个建模过程进行参数化设计，将复杂的结构转化为典型的简单结构，使得整个有限元仿真过程更加简单、效率更高；同时有限元分析对网格模型的要求高，需要在保证计算精度的前提下保证计算效率，使用网格过渡技术，保证热源影响大的区域使用精细的网格，热源影响小的区域使用较粗的网格，从而达到相同网格条件下更精确地计算结果与更高的计算效率。例如《大型复材工装焊接工艺研究》项目，针对大型复合材料结构件Invar合金模具手工电弧焊焊接工艺进行研究，采用高效建模的手段对研究对象进行模拟分析，降低时间与材料等方面的成本。采用实验与仿真并行，理论分析、实验研究、仿真分析相结合的技术路线开展 Invar 合金试板件手工焊接工艺参数探索。 三、创新点及主要技术指标 创新点：参数化建模，缩短建模周期；采用非均匀过渡性网格以控制计算量，在保证计算精度的前 提下压缩计算量，采用多 CPU 并行计算以提高计算效率。 技术指标：建模效率提高 30%，计算效率提高 30%。 四、知识产权及获奖 论文10余篇，其中典型示例如下： Modeling and simulation of the columnar-to-equiaxed transition during laser melting  deposition of Invar alloy Stochastic Modeling Columnar Dendritic Grain Growth in the Weld Pool of Al-Cu alloy 专利： 基于精准能量分配的激光-电弧复合加工的能量分配系数模型的构建方法 一种焊接过程气孔形成与演变的二维计算机模拟方法

智能焊接机器人：带有视觉识别和激光扫描系统，能自动识别待焊接特征，通过视觉识别粗略判断零部件特征，在此基础上利用激光扫描精确确定焊接位置，对大型零部件进行自动特征识别和焊接，提高小批量产品的焊接速度和质量。

长征五号氢氧发动机喷管延伸段由300多根变截面薄壁方管螺旋缠绕排布焊接而成，焊缝长度超过1700米。手工焊接存在的焊接质量稳定性差、生产效率低的问题难以保证运载火箭密集发射、高可靠性提出的精细化高效焊接需求。 哈工大材料学院陈彦宾教授研究团队开展了近10年的技术攻关，基于焊接结构力学理论，提出了密排焊道错位焊接控制变形的方法，有效地解决超薄异形管焊接变形的难题；采用三条纹结构光识别技术，突破了带羊角焊缝识别、大曲率轨迹的跟踪瓶颈；开发出了九轴联动机器人自动化集成技术及装备，实现了过程参数及工艺装备的精密控制。团队先后研制出具有国际先进水平的机器人自动化焊接装备，提供多台设备完成了生产车间的技术升级和改造，实现了氢氧发动机管束式喷管延伸段的自动化生产，生产周期缩短一半以上。

成果简介在对炼钢过程进行深入的研究基础上， 建立了炼钢过程各工序的数学模型，并转化为核心技术。 在推广过程中结合不同项目现场实际条件， 在核心技术的基础上开发了具有不同针对性的各种控制软件。成熟程度和所需建设条件先后成功为马钢、 宝钢等钢铁企业承担过： 转炉自动炼钢系统的开发； 梅钢转炉冶炼静态模型软件； 梅钢转炉音平控渣和氧枪自动控制系统； 转炉动态控制系统； 转炉炼钢终点控制模型软件； 电炉冶炼控制系统； 连铸动态二冷与动态轻压下控制系统； 山东西王特钢有限公司二级计算机系统。技术指标提高了炼钢过程的命中率， 实现了炼钢过程的信息化和自动化， 显著提高了经济效益。市场分析和应用前景依据科学的冶金模型， 通过计算机的准确控制， 大幅提高了炼钢过程的命中率和生产过程的稳定性， 具有广泛的应用前景。社会经济效益分析通过信息化和自动化， 提高了冶炼终点命中率， 减少了人工判断失误产生的损失， 保障了生产的顺行， 能够产生可观的经济效益。知识产权及成果获奖情况具有各相关软件的著作权。合作方式合作开发、 受托开发联系方式王建军（13805553970）； 周俐（13955561593）； 朱正海（13855533713）电邮: zhu_zhenghai@163.com zhouli@ahut.edu.cn 传真： 0555-2311571

成果简介冶金过程仿真是以程序设计和物理模拟相结合， 通过数值计算和图像显示的方法， 对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题进行研究。 冶金过程仿真在炼钢、 炉外精炼以及连铸过程有着广泛的应用。 在钢液的冶炼、 浇注过程中所涉及到的流体流动、 传热、 传质进行模拟， 其中包括钢包精炼过程、 连铸中间包、 连铸结晶器浇铸过程以及模铸浇铸过程中的三维多相流动、 传热、 传质与凝固的冶金过程仿真。外加电磁场作用下， 对连铸中间包的感应加热， 结晶器电磁制动条件下连铸结晶器内钢水的流动和夹杂物去除的冶金过程仿真研究； 钢包感应加热过程操作参数的优化等等有重要作用。 冶金过程仿真结果和工业试验的观察吻合很好， 对工业生产有较好的指导作用。成熟程度和所需建设条件本技术较为成熟， 课题组自行开发软件并配备了流体通用 CFD 软件包 ANSYSFLUENT， 以及磁流体模块（MHD）， 主要用来对冶金过程中流体流动、 组分传输、传热、 凝固、 燃烧以及电磁冶金过程的仿真分析。 经过多年来的积淀和发展， 针对纯净钢冶炼与连铸过程的数学物理模拟研究已经成为本方向较为成熟的研究手段和方法， 近十年， 相继完成近百项相关课题。 2005 年 11 月 30 日“高效异型坯连铸技术开发与应用” 项目， 获安徽省科技进步一等奖。 近几年实验室承担了多项冶金企业的课题， 高效异型坯连铸技术的开发与应用通过数值模拟， 确定中间包内档墙位置， 优化高拉速时中间包内钢水流场； 优化水口结构以及钢水凝固壳厚度的分布特征； 改善结晶器下部的传热条件； 该技术在马钢三炼钢厂取得了较好的经济效益。 先后成功应用于马钢、 济钢和和上海亚新等冶金过程中， 钢包、 中间包、 结晶器以及外场作用（电磁） 下， 对冶炼工艺以及反应器结构进行优化， 近期完成的科研项目有：上海亚新中天六流、 四流中间包内型优化设计的数值模拟研究；马钢第四轧钢厂连铸中间包挡墙工艺参数优化的数值模拟研究项目；马钢第四轧钢厂连铸结晶器水口结构工艺参数优化的数值模拟研究项目；马钢电炉冶炼厂 120 t 钢包吹氩工艺参数优化的研究项目；济钢三炼钢 ASP、 5#连铸机冶金容器流场模拟研究项目。技术指标通过对冶金过程反应器内（如， 中间包） 的流动和传热的数模研究， 掌握冶金反应器内（如， 中间包） 流体流动的规律， 提供合理的工艺设备参数， 使其冶金效果（夹杂物脱除、 钢水成分、 温度均匀性） 符合生产实际要求， 如， 中间包钢水达到包内任意两点的温差不大于 5 摄氏度为合格。 钢包达到较为理想的搅拌效果， 结晶器对液面波动、 凝固坯壳厚度以及流动的控制给出合理的参数， 为高效、 低能耗和绿色冶金提供指导。市场分析和应用前景在冶金过程仿真技术的研究下， 高效异型坯连铸技术使铸机作业率由 65%提高到 87%， 该模式在全连铸生产中应用属于国内首创。 同时对引进的原有工艺及设备进行了改造、 创新后， 使铸机达到了高拉速、 高作业率、 高质量的水平， 铸机的年产量由 63 万吨提高到 110 万吨， 2003 年该项目获安徽省科技进步一等奖。对于节能降耗效益显著。社会经济效益分析过程仿真技术在物理与数学模型相结合的条件下， 对冶金企业产品质量的提高具有重要作用。 提高钢液的洁净度， 较少铸坯修磨工作量的增加或产生废坯。不仅可提高企业的经济效益， 利于有效地节约能源， 降低碳排放， 也利于产生了良好的社会效益。合作方式合作开发、 受托开发联系方式冶金学院 王建军（0555-2312091）； 周俐（13955561593）岳强（15905556998）。

该项目主要研究了高性能水泥及其组分的水化过程及控制机理，为从科学理论阐释 整个高性能水泥项目的两个基本科学问题：高 C3S 水泥熟料的晶格畸变与辅助胶凝材料 的活化机理奠定理论基础与支撑。并在许多方面取得突破与创新。 

本软件主要用于典型机型和机列板带冷、热轧机的设计、使用及维修时的辅助计算。其具有如下功能： 于轧机参数离线计算计； 可按等功率法和经验法二种策略进行自动制订压下规程，也可人工设定； 根据压下规程计算轧制各道次的轧制力能参数（包括平均轧制压力，轧制力，驱动辊传动力矩，以及主电机功率等）； 计算轧制节奏和功耗； 计算中各工艺参数既可手工输入，亦可由软件推荐并自动输入； 自动形成计算报告。

冶金过程仿真是以程序设计和物理模拟相结合，通过数值计算和图像显示的方法，对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题进行研究。冶金过程仿真在炼钢、炉外精炼以及连铸过程有着广泛的应用。在钢液的冶炼、浇注过程中所涉及到的流体流动、传热、传质进行模拟，其中包括钢包精炼过程、连铸中间包、连铸结晶器浇铸过程以及模铸浇铸过程中的三维多相流动、传热、传质与凝固的冶金过程仿真。外加电磁场作用下，对连铸中间包的感应加热，结晶器电磁制动条件下连铸结晶器内钢水的流动和夹杂物去除的冶金过程仿真研究；钢包感应加热过程操作参数的优化等等有重要作用。冶金过程仿真结果和工业试验的观察吻合很好，对工业生产有较好的指导作用。

在对炼钢过程进行深入的研究基础上，建立了炼钢过程各工序的数学模型，并转化为核心技术。在推广过程中结合不同项目现场实际条件，在核心技术的基础上开发了具有不同针对性的各种控制软件。