一种磁力搅拌的 CO2 激光-TIG 电弧复合焊接方法。本发明公开 了一种通过纵向磁场实现熔池磁力搅拌的方法，在 CO2 激光-TIG 电弧 复合焊接基础之上增加纵向磁场实现焊接组织晶粒细化及能量耦合效 率提高的功能，其通过合理的功率、焦距、离焦量、氦保护气体流量 等 CO2 激光工艺参数，钨极直径 D、弧长、焊接电流、气体流量等 TIG 电弧工艺参数，以及磁感应强度、频率等纵向磁场工艺参数的设置， 提高了激光-电弧复合焊接的能量耦合效率及焊缝成形质量。 

一种磁力搅拌的 CO₂激光 TIG 电弧复合焊接方法。本发明公开了一种通过纵向磁场实现熔池磁力搅拌的方法，在CO₂激光 TIG 电弧复合焊接基础之上增加纵向磁场实现焊接组织晶粒细化及能量耦合效率提高的功能，其通过合理的功率、焦距、离焦量、氦保护气体流量CO₂激光工艺参数，钨极直径 D、弧长、焊接电流、气体流量等 TIG 电弧工艺参数，以及感应强度、频率等纵向磁场工

本项目采用五电弧协同增材制造，提高成形构件的堆积效率；利用激光约束电弧，提高成形金属构件的表面精度，减小加工余量；构筑出融合五电弧协同增材制造、激光稳定电弧、高速摄像监测、构件成形尺寸三维测量、工艺数字化监控等功能的多电弧协同增材制造装备。 1、 形成复杂空间曲面构件分区原则、切片方法与路径规划策略，建立五电弧协同增材制造高性能大型金属构件工艺方法、模型与窗口； 2、 研制出多电弧协同增材制造工艺规划与系统总控软件； 3、 开发了专用于高性能大型金属构件多电弧协同增材制造的专用金属丝材。 实现大型舰船艉轴架、运载火箭过渡端框架与高层建筑多向钢节点的高质量、高效率、低成本增材制造，并进行组织与性能预测。 图1 多电弧协同增材制造设备图 图2 多电弧协同增材制造典型产品 【技术优势】 项目成果有效解决了高性能大型金属构件采用电弧增材整体制造时，面临的堆积效率较低，制造大型金属构件周期长；成形金属构件表面精度低，加工量较大；成形金属构件的晶粒粗大，各相异性明显的难题，将目前大型金属构件电弧增材制造的效率提高到了新高度。 【技术指标】 五束电弧协同增材制造装备： 1）装备包括 CMT电源5台、六轴机器人系统3台、激光系统、工艺数字化系统、三维测量系统、高速摄像系统与缺陷除去系统； 2）三维测量系统的测量范围在300mm以内，可测量金属构件壁厚最大尺寸不低于250mm，测量误差在±1.0mm以内； 3）可成形高度大于2m、长度大于5m、宽度大于3.5m的金属构件，变形控制在0.2mm/100mm以内； 4）堆积效率≥1800cm3/h，连续工作时间不低于360小时； 五束电弧协同增材制造工艺总体软件： 1）具有模型解析重构、子模型选择、分区切片与9轴工艺路径规划、曲面切片、G代码及机器人离线编程代码生成、多电弧协同增材制造系统控制功能与工艺数据库； 2）可实现金属构件组织、性能预测及成形质量主动控制，并显示构件材料 CCT图； 3）模型解析、拓扑重构时间低于10分钟，切片轮廓精度优于±0.1mm，单层切片时间＜2s。 4）支持2000万以上三角形面片、尺寸4m以上STL模型； 5）支持任意空间曲面模型的路径规划，成形尺寸≥4000mm； 6）支持 6轴机器人+3轴龙门式床身协同控制的9轴工艺路径规划，成形效率达 1800cm3/h，全程误差≤0.5%，路径输出方式为G代码、机器人离线编程代码； 7）工艺数据库覆盖控制系统参数及工艺及材料参数，并建立典型工艺参数，加工误差范围≤0.5%；

本项目从电器极间电弧放电特性、电接触表面动力学特性的界定及分析、电接触材料的转移、电弧对电接触材料的侵蚀机理和电接触数学模型五个方面进行实验、分析和理论研究。揭示了金属蒸汽电弧比气体电弧对触头材料侵蚀严重的本质；首次建立了反映电弧状态转换规律的蝴蝶型突变模型：首次建立了反映电弧状态转换规律的蝴蝶型突变模型：首次提出并界定了受电弧能量作用的电接触表面动力学特

煤炭气化，即在一定温度、压力下利用气化剂与煤炭反应生成洁净合成气（以CO、H2的混合物为主），是实现煤炭洁净利用的关键技术，可为煤基化学品（合成氨、甲醇、烯烃等）、整体煤气化联合循环发电（IGCC）、煤基多联产、直接还原炼铁等系统提供龙头技术，为现代能源化工、煤化工、冶金等行业的技术改造和节能降耗提供技术支撑。 单喷嘴粉煤加压气化技术属高效、节能、环保的气流床气化技术。干煤粉经位于气化炉顶部的喷嘴弥散后进入气化炉内（气化炉可采用耐火砖衬里，也可采用水冷壁衬里），与氧气反应生成以含CO、H2和CO2等气体为主的合成气。从气化炉出来的粗合成气经新型洗涤冷却室、混合器、旋风分离器和水洗塔等设备的洗涤和冷却后进入后序工段；气体洗涤设备内的黑水则经高温热水塔进行热量回收和除渣后成为灰水再返回气体洗涤设备内，全气化系统实现零排放。 该技术煤种适应性广，如果采用水冷壁衬里，则可气化灰熔点超过1500℃煤种，具有广阔的应用前景。 该技术工艺指标先进，以耐火砖衬里气化炉、北宿精煤进料为例，其合成气中（CO+H2）含量约90%，碳转化率不低于98%，与水煤浆进料相比，比氧耗降低16%～21%、比煤耗2%～4%。该技术生产强度大，专利实施许可费低。

镍纳米粉在磁学、电学、催化、医药和生物等众多的领域中有着广泛的应用。镍纳米粉的制备方法有多种，其中常见的方法为镍化合物的湿化学法还原。与一般的物理制备法相比，湿化学法具有成本相对低廉、技术路线相对简单和容易实现放大生产等优点，但是用该法制备镍纳米粉通常在水相中进行，制备出的纳米粉粒径不均匀，且易团聚。如果采用多醇还原法可以制备粒径相对均匀的镍粉，但粉体的尺寸一般在亚微米级，难以控制在20纳米以下。本项目通过“一锅法”在有机溶剂中还原镍化合物来制备单分散、非团聚的镍

气溶胶是大气中固态、半固态与液态颗粒的总称，粒径可从几纳米到数百微米，组成涵盖有机物、无机物、生物分子与生物体等多种组分，且具有扩散性强、折光性好等特点。气溶胶的物理化学性质与动态变化，对气候、空气污染、环境工程、军工制造、生物化学循环与人类生命健康具有重要意义。实现气溶胶物理化学性质与动态变化精细表征是气溶胶领域的前沿课题，要求建立悬浮单气溶胶的高端研究平台。基于气溶胶单颗粒悬浮技术的高端测量平台，深刻认识气溶胶表界面反应机制，准确判断气溶胶相变过程，时时跟踪气溶胶非平衡过程，精准测量有机气溶胶的饱和蒸气压，实现气溶胶理化性质广泛而准确的计量，构建气溶胶理化性质的标准测量方法，搭建自主化测量平台，是国家高端仪器研发与国产化亟待解决的前沿课题。 当前气溶胶的表征方法均处于单打独斗的测量状态，无法对单气溶胶进行多性质、多维度、长时间的观测，存在较大局限。2018年荣获诺贝尔奖的光镊技术，作为最前沿的量子计量技术，可以对悬浮单液滴进行长时间精准测量。通过同时测量液滴受激拉曼信号与模态，实现粒径、折射率的绝对测量，进而得到饱和蒸气压等理化性质。同时测量液滴自发拉曼，还可以观测液滴的化学组成演变。 负责人通过在光镊技术近十几年的实践与应用，实现了高精度测量，粒径误差小于1nm，折射率误差小于0.0002，并且能够以天为单位，长时间稳定测量。本项目的目标是基于光镊技术的成长与积淀，建立气溶胶理化性质的标准测量装置与测量方法，优化当前原理样机的光学与工程设计，提升装置的稳定性，实现气溶胶光镊悬浮单颗粒测量技术的工程化与商业化。此外，作为拓展性目标，通过测试，采用国产元器件，推进高端仪器的国产化。 光镊测量装置具有广阔的市场前景。不仅为研究气溶胶的理化性质和环境影响提供了新手段，也可以为发动机研发，生物化学战剂效果提供新启示，还可用于检测和分析环境、药物、食品等液体样品中的微粒物质，为相关行业提供质量控制提供新标准。根据国际权威机构的预测，全球气溶胶监测市场年均增长率为8.2%。该方法具有明显的技术优势和应用潜力，可满足不同领域对气溶胶监测的需求。 本成果已在国内外多个知名期刊发表论文，并已开展相关专利布局，基于拉曼与细颗粒物测量已拥有国家专利2项。另有3项国家专利的申请正在准备中。本成果的升级与完善已得到国家自然基金委国家重大科研仪器研制项目资助，并已与多个科研机构和企业建立合作关系，取得了良好的效果和反馈。

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