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智能焊接与电弧增材

来源:材料科学与工程学院格莱特发布时间:2021-02-21点击:384

方向简介:

智能焊接与高效增材技术学科方向建有(1)新材料/异种材料连接机理和微纳焊接新方法;(2)高效高精高性能增材制造;(3)高效低耗焊接工艺与机器人系统装备;(4)材料加工数字化和智能化等四个核心研究方向,形成了战略需求牵引、交叉学科领航、优质资源支撑、国际学术联合的学术特色与优势,主要面向武器装备、国家重大工程和民用制造行业,以理论研究为基础,以关键技术突破为核心,以工程应用为目的。本学科团队现有教师30余人,近30年承担国家、省部重大重点项目100余项,服务兵器、船舶、航天航空等行业,其中内蒙一机、江南造船、航天三院、江苏新世纪等百亿级企业40余家,大中型高科技企业200余家,70余项工艺成果和400余套大型装备已在国防型号和国家工程获得应用,使企业新增效益数百亿元,成功解决了制约高毁伤智能弹药和新一代武器发展的系列工艺瓶颈,推动兵器焊接跨越式发展,建立了兵器工业新一代焊接技术体系。

带头人:王克鸿 教授 博导

材料加工工程学科带头人,前沿创新重大项目专家组首席科学家,江苏省333工程第一层次首席科学家,国家技术发明奖二等奖第一完成人,国务院批准为享受政府特殊津贴专家,受控电弧智能增材技术工信部重点实验室主任、国防科工委大型构件焊接技术创新中心副主任、江苏省高端装备与微纳制造工程中心副主任、基础科研工艺与装备领域规划专家、兵器大型构件焊接技术/兵器增材制造技术创新中心专家组主任委员、高技术船舶智能制造协同创新基地负责人,高端装备与微纳制造江苏省工程中心副主任,国家电网-通管廊工程”特邀专家。

长期从事新材料与异种材料焊接机理、受控电弧高效高性能增材、机器人单元智能化、车间级数字化、高效低耗焊接工艺等研发工作,2000年以来,王克鸿教授与特种车辆、船舶、航空航天、高档装备、承压设备、新能源、新材料、轨道车辆等行业的200余家企业合作创新,发明创异种金属熔敷焊接、受控电弧多送丝增材、精密受控等离子焊接/增材、感应+拉弧复合热源螺柱焊接等20余项关键技术,60余项技术成果在国家高新工程、特种车辆、电能传输GIL管、船舶、压力容器、金属复合材料、风电主轴等200余项产品上应用。近年来主持国家级和省部级科研项目90余项,发表SCIEI收录论文200余篇,拥有发明专利150余件,获国家技术发明奖、国家教学成果奖、国防技术发明奖、国防科技奖、江苏科技进步奖、兵器科技奖一、二、三等奖22项。

团队核心人员:

周琦、冯曰海、张德库、彭勇、杨东青、范霁康、薛鹏、黄俊、王绿原、王磊、黄勇、郭顺、刘捷、顾介仁、李晓鹏

 

依托平台:

  • 受控电弧智能增材技术工信部重点实验室

  • 国防科技工业大型构件焊接技术创新中心

  • 数控成形技术与装备国地联合工程实验室

  • 高端装备制造技术工信部协同创新中心

  • 江苏省高端制造装备与技术工程实验室

  • 省新型研发机构“南理工靖江机器人智能制造(焊接)中心”

  • 江苏省新技术船舶智能制造产学研协同创新基地

      

      

 

主要研究成果:

1、新材料/异种材料与微纳焊接新机理、新方法

针对异种金属、金属和功能材料之间高强度、高性能连接需求,揭示新机理、发明新方法、研发新工艺、研制新装备、创新控制法,实现异种金属、金属-陶瓷、金属-复材之间可靠的连接,满足武器装备对异种材料结构设计需求,推动异种材料连接技术发展。针对金属、金属基复材、陶瓷等微细、微纳结构及生物组织,研究相溶性原理、探索冶金结合机理、创新超短激光焊接、新能源焊接等新方法。

2、无槽弹体异种金属熔敷增材焊接技术

本科研团队主要针对异种金属、金属和功能材料之间高强度、高性能连接需求,开展系统的研究,揭示新机理、发明新方法、研发新工艺、研制新装备、创新控制法,实现高强超高强钢-轻合金、异种轻合金、轻合金-重金属、金属-陶瓷、金属-复材之间可靠的焊接连接,满足武器装备对异种材料结构设计需求,推动异种材料焊接、新型复合结构等技术发展。针对金属、金属基复材、陶瓷、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等微细、微纳结构和生物组织,研究相溶性原理、探索冶金结合机理、创新超短激光焊接(飞秒、皮秒、纳秒)、新能源焊接等新方法,力争引领微纳焊接新方向。

本科研团队发明了无槽弹体异种金属熔敷增材焊接技术,解决了长期困扰兵器行业的设计与工艺瓶颈难题。首创了一种新型焊接方法与装备--超高强钢和铜弹带的熔敷焊方法,揭示异种金属无熔深界面反应机理,实现了3个新型号的定型批产,大口径智能弹药壁厚由20减至3.2mm,毁伤威力提高20%以上,射程增加10%以上,荣获国家技术发明二等奖。

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铜钢无熔深焊接机理

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大口径熔敷焊接研制生产线批产

3、高效高精高性能增材制造

针对中大型超大型复杂结构和结构-功能一体化构件,课题组提出了“受控电弧增材方法与成形机理”、“结构-功能一体化设计与界面行为”、“电弧增材协同成形与组织性能工艺调控”、“增材过程与系统智能控制技术”等四个方向的研究。主要针对高强超高强钢、高氮钢、轻合金等复杂一体化构件,揭示新原理、发明新方法、研发新材料、研制新装备,构建新理论、形成核心研发能力,满足武器装备、重大工程等对高效高精高性能增材工艺、材料、软件、装备等需求。

大型/超大型金属高性能构件电弧熔丝增材制造系统

4、“高承载-高冲击”材料与整体制造技术

提出了“仿生多微观异质异构”和“增材思维”理念,揭示了“区域镶嵌”、“分层交叠”、“砖-泥”界面等多维结构高冲击机理,发明了受控电弧增材异质异构大型构件工艺方法,研发了系列专用丝材,研制了多机器人多外部轴电弧增材装备,设计了新概念**防护**平台,试制了高冲击宏观连续微观异构典型样件,通过了综合试验,**系数由1提高到1.7

贝壳微结构

高氮-不锈-陶瓷多维微观异构样件

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微观异质异构界面

 

5、高效高精低成本增材制造成形技术

本科研团队在高效高精低成本制造成形技术研究中,可实现4m金属大型构件增材成形,最高成形效率8kg/h,表面精度0.6mm。提出了受控电弧增材大型超大型金属构件方法,单枪熔敷效率4-8kg/h,增材成本是激光选区的1/20倍,最大可增材8米尺度金属构件,通过拓扑优化,可减重20-30%,通过承载-抗弹一体化件设计、电弧增材成形,可减重30-60%

           

 

               

   

6、高效低耗焊接工艺与机器人系统装备

面向坦克装甲、弹箭、大型舰船、新能源、新材料等行业,针对大型复杂、薄壁异构、微小精密等复杂构件,重点开展双面双弧、双丝CMT、激光+电弧复合、等离子复合、拉弧+感应复合、电子束及复合、搅拌摩擦焊接、钎焊-扩散复合等新型高效低耗焊接工艺,研制以机器人、过程智能控制为核心的智能装备,形成成套、系列工艺规范规程和数据库,实现工程化示范应用,力争为制造业转型升级贡献焊接工艺与装备之力。

7、机器人新型脉冲复合气保焊

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机器人新型脉冲复合气保焊

本科研团队研发了超高强钢机器人新型脉冲复合气保焊技术,使兵器焊接技术跨越式发展,建立了新一代焊接技术体系。获得国防科技二等奖3项、三等奖4项,发明专利52件。GIL管系统采用本团队研发的机器人双面双弧焊接工艺与装备,现已成功应用于苏-通特高压(1100kV)过江输电(全球首次)。

舱体机器人系统 、超高强钢机器人焊系统、超大厚板铝合金侧板智能搅拌焊系统

GIL管系统示意   铝合金螺旋管生产线   GIL管系统    -铜导电端

8、材料加工数字化和智能化

针对武器装备、高端装备、新能源等制造业焊装增材等热加工车间,提出单元级智能化车间级数字化等技术思路;

1单元级智能化重点开展机器人焊接智能规划接缝坡口感知跟踪自适应焊接熔池视觉协同感知自适应焊接视觉-光谱感知质量控制等技术研究;

2车间级数字化重点开展焊装计划排产、生产过程智能管控、焊装过程在线实时动态感知、焊装过程大数据质量智能评价、工艺规范自动下达等技术研究。

近红外传感、熔深控制等技术国际先进,应用于弹箭、组立等焊接制造

      

大船组立焊接视觉规划视觉光谱传感器


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