本项目通过完善结构化焊接技术，研发视觉伺服机器人，研究焊缝图像处理算法和炉筒与大小炉盖的结构以及密封槽的设计，实现非结构化焊接制造蓝宝石炉，使其炉体性能可靠、制造工艺稳定、生产高度自动化。本项目的实施实现了如下的技术突破和创新：(1) 研发成功视觉伺服方法进行焊接机器人的焊缝跟踪控制，首次实现焊接环境的监控。(2) 研究晶体生长炉加热后对炉筒、大小炉盖等部件密封性能的影响；合理布置了电极与抽气管道装置；获得能在生产过程中安排合理的制作工艺和技术，保证晶体生长炉的密封性、粗糙度、同心度、平行度、垂直度达标及产品量产的稳定性。(3) 研发智能制造操作平台，可对蓝宝石炉进行结构化智能焊接。(4) 研发新型宝石炉，使蓝宝石炉的智能焊接制造技术获得突破性进展。●应用前景： 我国焊接自动化的市场容量在不断扩大，作为需求导向型行业，焊接自动化在工程机械和石油化工等行业中得到广泛应用。此外，在提高劳动生产率、提升产品质量和增强竞争力等方面，焊接自动化装备作为重要的基础装备之一，对我国未来先进制造技术的核心竞争力具有重要意义。而且对中国企业现有产能的焊接设备进行技术改造升级，也将产生巨大的焊接自动化装备需求，中国焊接自动化装备市场已进入高速发展阶段。 

本发明公开了一种金属结构件的下料优化方法及其制造系统，该方法包括下列步骤： (1)按照金属结构件的组成零件的材料和厚度，对其执行第一次分组； (2)按照组成零件的加工工艺要求，对第一次分组后的零件执行第二次分组； (3)按照组成零件的形状特征，利用聚类算法对第二次分组后的零件执行第三次分组； (4)将完成分组后的零件按组导入到排样模块中予以排样，由此实现下料的优化过程。 通过按照本发明的下料优化方法及其制造系统，能够更有效地利用原材料、大幅降低成本且效率更高，并能实现从订单管理、计划调度、优化排料、加工成型到构件焊接的整个生产过程管控一体化。

课题确定了具有我国资源优势的封闭群内江猪为异种骨供体，初步摸清楚了猪骨异种抗原的分布规律，探讨了酶消化和超声等技术手段在脱异种抗原方面的优缺点，从体内和体外等途径比较上述方法处理后的猪源异种骨理化特性和成骨活性，为下一步实验研究积累了关键数据。

上海斯米克焊材有限公司是上海焊接器材有限公司与英国斯米克有限公司共同投资组建的合资公司。自创建以来，在产品开发和工艺改进上取得显著成绩。公司生产130多种有色金属和特殊焊接器材，其中包括铜和铜合金焊丝、铸铁焊条、钴基合金焊条、铝及铝合金焊丝、镍及镍合金焊条、银基导等各种钎焊及喷涂材料。年产量5000吨，销售额2.5亿，产品超过半数远销美、德、英、澳、法等国。

钢中非金属夹杂物破坏了钢的连续性，是钢产生裂纹破坏的祸根。一般把粒径大于 50μm夹杂物称为大型夹杂物。这种夹杂物占钢中夹杂总量的 1%，但对钢质量危害最大。如何把大型夹杂物从钢中捕捉并从钢中分离出来，这是首要解决的问题。为此，原冶金部科技司于1982 年下达“钢中大型非金属夹杂物”的研究课题。大样电解是用于分析钢中大于 50μm 非金属氧化物的一种方法。本方法是由电解、淘洗、还原、磁选、分离、照相、分级等部分组成。主要设备包括：钢样电解、碳化物分离、还原设备、显微照相及分级等系统。技术特点：1、电解试样大，捕捉钢中夹杂物效率高；2、采用较低成本的电解液；3、电解槽结构便于处理阳极泥；4、采用物理方法分离碳化物，操作简便，效率稳定，夹杂物回收率高；5、采用还原好磁选方法来分离夹杂物。1985 年通过冶金部鉴定，鉴定认为：本方法在电解液、电解槽结构、淘洗设备等方面均有特色，与国外（日本）同类型分析设备相当，填补了我国的空白，1999 年获国家冶金工业局科技进步三等奖。

钢中非金属夹杂物破坏了钢的连续性，是钢产生裂纹破坏的祸根。一般把粒径大于50μm夹杂物称为大型夹杂物。这种夹杂物占钢中夹杂总量的1%，但对钢质量危害最大。如何把大型夹杂物从钢中捕捉并从钢中分离出来，这是首要解决的问题。为此，原冶金部科技司于1982年下达“钢中大型非金属夹杂物”的研究课题。大样电解是用于分析钢中大于50μm非金属氧化物的一种方法。本方法是由电解、淘洗、还原、磁选、分离、照相、分级等部分组成。主要设备包括：钢样电解、碳化物分离、还原设备、显微照相及分级等系统。技术特点：1、电解试样大，捕捉钢中夹杂物效率高；2、采用较低成本的电解液；3、电解槽结构便于处理阳极泥；4、采用物理方法分离碳化物，操作简便，效率稳定，夹杂物回收率高；5、采用还原好磁选方法来分离夹杂物。 1985年通过冶金部鉴定，鉴定认为：本方法在电解液、电解槽结构、淘洗设备等方面均有特色，与国外（日本）同类型分析设备相当，填补了我国的空白，1999年获国家冶金工业局科技进步三等奖。 应用范围：该设备主要用于分析钢包精炼、连铸中间包、铸坯钢中大型非金属夹杂物，通过分析研究各阶段钢中夹杂物来源，提出有针对性措施，改进工艺，提高产品质量。

随着我国国民经济的不断发展，对轴承钢性能提出了更高的要求。超纯净轴承钢被广泛地应用于高速铁路、风电装备、航空发动机、高档轿车变速箱、高速精密机床和长寿命冶金轧机等对使用寿命、可靠性、承载能力严格要求的领域。超纯净轴承钢炼钢冶炼难度极高，主要是由于其钢中非金属夹杂物控制存在以下两个难题：（1）超高洁净度，总氧含量低于 5 ppm；（2）大颗粒夹杂物数量要求少，尺寸小于 15 μm。近 30 年来，通过引进、消化和吸收，实现了大部分高端装备的国产化，但对高端装备用高可靠长寿命轴承的国产化一直没有解决。因此，开发超纯净轴承钢中非金属夹杂物控制关键技术，为打破此领域国外产品及技术垄断、实现国内自主生产有重要意义。 （1）超纯净轴承钢精炼渣成分设计技术. 铝脱氧轴承钢都是通过高碱度精炼渣提升钢材的洁净度，减少钢中夹杂物数量。高碱度精炼渣具有很高的脱氧脱硫能力，效率高，可生产超低硫轴承钢。由于高碱度精炼渣中 CaO 含量高，易被钢中[Al]还原而进入钢液，从而生成 Ds 类夹杂，对轴承钢性能产生不利影响。另外，高碱度使精炼渣熔点变高，成渣慢，炉渣流动性变差，会影响脱氧脱硫效果，有可能引起卷渣。低碱度精炼渣由于碱度低，降低了 CaO-Al 2 O 3 类夹杂的影响，但脱氧能力下降使得氧化物夹杂上升。本项目研究应用 FactSage 热力学计算软件，研究了不同精炼渣成分对钢液成分、夹杂物成分的影响，通过对不同精炼渣系进行设计优化，确定精炼渣成分；同时，本项目在碱度 7-12 范围内进行工业试验，考虑了不同碱度精炼渣对轴承钢洁净度和夹杂物成分的影响，从而更系统准确地确定了有利于超纯净轴承钢夹杂物控制的最优精炼渣成分。 （2）超纯净轴承钢 VD 精炼控制技术.在真空状态下吹氩搅拌钢液，促使夹杂物从钢液内排除，使钢的洁净度提高。VD 精炼过程渣钢剧烈反应，渣中 CaO、MgO 被还原为[Ca]和[Mg]进入钢液，与钢中 Al 2 O 3 夹杂物反应生成镁铝尖晶石和钙铝酸盐，导致钢中 Ds 类夹杂数量增加，可能导致水口结瘤和最终轧材中出现Ds 类夹杂缺陷，影响轴承钢的质量水平，VD 精炼真空度的控制对于夹杂物的上浮去除和夹杂物成分非常重要。本项目对 VD 真空度进行了优化，使得最终产品夹杂物中的 CaO 含量由 30%左右降低至 5%以下，显著减少了 CaO-Al 2 O 3 和CaO-Al 2 O 3 -MgO 复合夹杂物的生成，使钢中夹杂物由 CaO-Al 2 O 3 类转变为镁铝尖晶石类，减轻了 Ds 类夹杂的危害。 （3）热处理过程夹杂物成分控制技术。对于轴承钢钢液中的夹杂物已经形成了一系列脱氧、精炼渣改性、真空精炼等成熟的夹杂物控制方法，可以较好实现冶炼过程从精炼到连铸过程夹杂物的有效控制。轴承钢轧制热处理过程不仅能够改变钢的组织结构和性能，也会使得氧化物夹杂与钢基体发生高温反应，造成钢基体成分偏析、原有氧化物夹杂的改变和新氧化物夹杂的析出。同时，热处理过程钢基体中氧化物夹杂的种类、性质、尺寸及形貌特征变化直接影响着最终轴承钢产品的组织和性能。本项目研究了在不同热处理温度（1225o C、1300 o C 和1375o ）和热处理时间条件下，GCr15 轴承钢中非金属夹杂物的演变规律，并且发现热处理过程轴承钢中的 MgO-Al 2 O 3 -CaO 会逐渐转变为 MgO-Al 2 O 3 -CaS 夹杂物，小尺寸夹杂物完成转变所需时间较短，而大尺寸夹杂物完成转变所需时间较长。在不同热处理温度下，钢中夹杂物尺寸基本不变，但夹杂物转变速率不同。通过热力学计算和动力学模型，对轴承钢热处理过程中夹杂物的转变机理进行揭示。

随着钢铁行业的高速发展，国内外钢铁产量已经达到了饱和状态，提升钢产品的质量成了钢铁行业发展的重要目标。连铸坯的生产是钢材生产的关键，其连铸坯的质量对后续产品的生产及最终产品质量有重要影响，热轧板带表面缺陷大部分是连铸坯表面缺陷遗传而来。高质量铸坯的生产成了连铸生产企业和连铸工作者的主要目标。高温钢液在连铸过程中凝固成型，连铸坯的偏析、裂纹、疏松、夹杂物等质量问题基本上都产生于或源自连铸凝固过程。要实现高质量铸坯的连铸生产，必须减少甚至消除这些质量缺陷。 （1）含钙合金质量稳定性研究 钙的包芯线质量及性质研究：研究不同质量级别的硅钙线、纯钙线、钙铁线、钙铝线等包芯线中含钙金属或合金的化学成分、物相结构，评估其中杂质元素成分及其合金被氧化的程度，提升硅钙线质量的稳定性。钢包精炼过程喂钙线过程中金属钙收得率的影响研究：研究在不同钙线种类、钙线尺寸、外壳铁皮闭合方式等多种参数下，确定稳定提升钙元素收得率的有效方法。 钢中夹杂物钙处理改性方式研究：系统调研炼钢过程中除钙线外其他合金化用铁合金中金属钙元素的质量分数，并对钙元素在铁合金中的存在形式开展系统研究。研究含钙铁合金加入后钙元素在钢中的收得率情况和对钢中非金属夹杂物的影响。确定精炼过程中含钙铁合金的加入对钢中非金属夹杂物的改性机理。 （2）钙处理精准改性钢中非金属夹杂物热力学研究 钙处理相关热力学参数的测定：评估现有钙处理相关热力学数据的准确性，确定其适合的应用条件和误差；对钢液中 Ca-O 反应相关反应的吉布斯自由能和相互作用系数等热力学参数进行测量，对误差较大的热力学参数进行修正，保证热力学计算预测钙处理改性夹杂物的准确性。 不同条件下钢中溶解钙和全钙的关系研究：通过实验室实验研究在不同初始钢液成分的条件下，向钢中加入不同含量的钙，测量和计算其钢中全钙含量、溶解钙含量和非金属夹杂物中的钙含量，并与热力学计算得到的理论值相对比，揭示钢中溶解钙和全钙关系的实际规律，为实现钙处理改性夹杂物热力学计算在工业中的应用奠定基础。 （3）钙处理改性钢中非金属夹杂物反应动力学研究 钙处理改性钢中非金属夹杂物瞬态变化机理研究：研究不同钢液成分和不同温度条件下，向钢中加入不同含量的含钙合金，研究钢中非金属夹杂物的改性机理，从而明确钙处理后每一时刻钢液中非金属夹杂物的形成机理和变化规律。 建立钢包精炼过程钙处理改性钢液中夹杂物反应动力学预报模型：基于数学模拟计算钢液流场、温度场变化，同时计算出钢液中钙的浓度和钢中非金属夹杂物空间分布，将钢包分为不同的反应区域；通过对钢包内不同反应区内、以及不同反应区之间相互反应相耦合计算，预测钢包中不同位置钢液和夹杂物成分变化。凝固和冷却过程钙处理钢中夹杂物转变动力学研究：基于实验室试验和工业试验结果，通过动力学计算研究钢液凝固和冷却过程中非金属夹杂物转变的动力学模型，预测不同成分和不同尺寸的夹杂物在不同温度下转变速率，实现钙处理后全流程中不同时刻下钢中夹杂物成分、数量和尺寸预测。 （4）精准钙处理在线指导软件 本模型综合考虑钢液条件，如钢中铝含量、硫含量、洁净度水平、以及钢液温度等，通过反应模型对最优的加钙量进行计算。在实际生产过程中，钙处理前在线获得钢液成分环境，将实际处理条件输入模型计算，可直接给出最优的钙线喂入量，直接指导现场的钙处理操作。

非调质钢作为高效节能环保型钢材在世界范围内发展迅速。它是指经过精密锻造或热轧并控制冷却后就可以达到调质钢才能得到综合性能的一类钢，由于在使用过程中可以省掉调质工序而得名。由于其具有节省能源、材料、减少淬火变形开裂、工艺简单等优点，目前备受世界各国的关注，得到迅速发展和使用，使用量日益增大，广泛用于诸如汽车连杆、曲轴、转向节轴、驱动轴、前桥等零件和结构件，是汽车用钢的典型代表。非调质钢属于合金结构钢，为了保证合金结构钢所制零件的使用寿命，对其洁净度有严格的要求，非调质钢可以采用各种方式进行冶炼，但其对洁净度的要求，只能比合金结构钢更高，而且非调质钢属于微合金钢，要发挥合金元素的作用，其钢液必须是满足一定的洁净度的。因此，开发非调质钢中非金属夹杂物控制关键技术及其重要。 （1）非调质钢中夹杂物成分控制技术。将不同工序夹杂物成分求平均值，观察夹杂物在全流程的变化趋势。从 Al 2 O 3 -SiO 2 -MnO 三元相图可以看出，夹杂物中主要成分是 Al 2 O 3 和 MnO。随着冶炼进行，夹杂物中 MnO 含量变化不大；夹杂物中 SiO 2 含量比较稳定，在 10%左右，VD 破真空后夹杂物中 SiO 2 含量有所升高，其余工序几乎没有变化。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MgO-CaO 2 三元相图变化表明，钢中夹杂物中 MgO 含量较低，约在 10%以下，冶炼过程中没有明显变化，VD 真空处理后，由于渣线对耐火材料的侵蚀，导致出现部分高 MgO 含量的夹杂物，而良好的渣吸附作用使夹杂物中 MgO 含量没有明显变化；夹杂物中 CaO 含量在冶炼过程中有先升高，后降低的趋势。夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 三元相图变化表明，冶炼过程中 SiO 2 含量稳定；夹杂物中 CaO 含量在 LF 进站时较低，经过 LF精炼后，夹杂物从 Al 2 O 3 -MnO 为主要成分，转变为 Al 2 O 3 -MnO–CaO；VD 真空精炼对夹杂物成分影响不大，但增 S 操作后，夹杂物中 CaO 含量明显降低，可能是由于生产 CaS 的缘故；连铸过程由于二次氧化，使夹杂物中 Al 2 O 3 含量上升，夹杂物 CaO 含量有所下降。全流程夹杂物平均成分在 Al 2 O 3 -MnO-CaO 三元相图变化表明，电炉出钢后夹杂物中 Al 2 O 3 含量较高，LF 出站和 VD 真空后夹杂物中 Al 2 O 3 含量有所降低，CaO 含量有所升高，渣钢平衡反应是其主要原因；夹杂物中 Al 2 O 3和 MnO 含量在增硫之后有所升高，可能是由于连铸过程中有二次氧化导致。 （2）非调质钢中夹杂物数量和尺寸控制技术。根据 Aspex 扫描结果做出的全流程钢中硫化物、氧硫化物、氧化物分布图，如图 2。对全流程单位面积夹杂物数量结果分析表明，随着冶炼的进行，氧化物数量在 VD 破真空前持续降低，软吹后数量有所升高，之后较为稳定，数量约在 12 个/mm2 ，多数氧化物夹杂属于氧硫化物，在 VD 破真空后明显降低，较 LF 工序后期降低约 50%，体现了极佳的精炼效果。连铸过程的氧化物夹杂数量稳定，保护浇铸较好。铸坯和轧材横截面中数量均较低，约 10 个/mm2 。硫化物是最终钢中主要夹杂物。LF 精炼和 VD真空精炼使钢中的硫化物数量降低。在 VD 破软吹后加入 FeS 进行增硫，硫化物数量明显升高，铸坯中由于凝固过程有充分的时间让硫化物聚集长大，因此数量较低，但面积较大。轧材横纵断面中硫化物数量较高，但相对铸坯中尺寸较小，轧材纵截面硫化物的尺寸相对横截面较大。

弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备中，是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的钢种。弹簧工作在周期的弯曲、扭转等交变力条件下，经受拉、压、冲击、扭、疲劳腐蚀等多种作用，有时还要承受极高的短时突加载荷。除表面脱碳、表面缺陷外，造成弹簧的疲劳断裂破坏的主要因素是钢中非金属夹杂物。非金属夹杂物对疲劳性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布；另一方面，由于钢基体组织和性质制约，与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物的危害最大。钢的强度水平愈高，夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显著。因此，提高弹簧的疲劳寿命，关键要提高弹簧钢的洁净度，因此就要降低氧含量，减少非金属夹杂物的含量并改善夹杂物形态分布及尺寸。 （1）不锈钢冶炼脱氧及夹杂物预测热力学。通过热力学计算预测了弹簧钢中 Al-O、Si-O、Mg-O、Ca-O 脱氧平衡曲线，以及多元符合脱氧情况下 Al-Si-O、Al-Mg-O、Al-Mg-Ca-O 和 Al-Si-Ca-O 等夹杂物生成相图。 通过热力学计算预测了渣钢反应过程中不同精炼渣成分对于钢中[Al]s 和[O]含量的影响，研究表明高碱度有利于氧含量的降低，低碱度有利于钢中铝含量的去除。通过建立了钢液凝固和冷却过程弹簧钢中夹杂物变化热力学计算模型，可以预测钢液凝固和冷过过程中 MnS、TiN 和氧化物夹杂的变化和析出规律。 （2）铁合金洁净度对弹簧钢中夹杂物的影响。通过正常合金炉次和合金优化卢比全流程夹杂物演变规律的对比，可以看出，合金的选择对于夹杂物的性质会有较大的影响。在 LF 合金调整后夹杂物成分相差较大，优化合金可以有效的控制夹杂物中 Al2O3 含量，而对于 MgO 含量影响不大，提升夹杂物塑性化比例。 （3）弹簧钢精炼渣成分改性夹杂物。目前脱氧工艺主要有两种：一种是降低钢中总氧，获得高的洁净度，即采用强脱氧剂 Al 脱氧，将钢中绝大部分溶解氧转化为 Al 2 O 3 ，然后通过炉渣吸收，吹氩或电磁搅拌以及利用真空处理等手段促进夹杂物上浮，达到降低 T.O. 的目的。另一种脱氧路线是采用控制夹杂物种类、形貌、大小、分布的方法，采用 Si 脱氧，严格控制钢中 Al 含量，避免Al 2 O 3 的析出，这种工艺生产的弹簧钢虽然 T.O. 高于 Al 脱氧钢，但是夹杂物低熔点的、具有良好变形能力的 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系夹杂物，疲劳极限优于 Al 脱氧弹簧钢。