真人棋牌龙虎斗 焊接国家重点实验室-以连接的方式改变世界、影响未来

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焊接国家重点实验室-以连接的方式改变世界、影响未来

发布时间:2019-10-27 21:34:03

    哈工大报讯(张妍 李丽云 王超 )编者按:焊接是一项有广阔发展前景的制造技术,任何新材料可焊性差就难有广泛的应用前景。21世纪是新材料辈出的世纪,很多新材料的连接需要发展新的焊接技术。焊接同时也是一项多学科交叉的科学技术,它涉及能源、冶金、材料、电子、力学等学科,有大量的技术创新和科学前沿问题。
    材料学院现代焊接生产技术国家重点实验室的前身是始建于1952年的焊接专业,也是国内第一个焊接专业、全国第一批研究生教育试点单位及第一批博士点授权单位。1986年被评为全国首批重点学科,1989年在焊接专业的基础上筹建国家重点实验室,1995年通过国家验收并正式对外开放,2003年通过科技部组织的首次评估,今年3月6日通过科技部的第二次评估,是国内焊接领域唯一的国家重点实验室。

与主任面对面


    主任:刚铁
    地点:哈尔滨工业大学
    记者:请您介绍一下现代焊接生产技术国家重点实验室成立的背景。 
    刚铁:焊接是应用最广泛、最重要的材料永久连接方法,也是现代制造尤其是重大装备制造不可或缺的关键技术。有数字显示,西方工业国家钢产量的50%―60%需要焊接;中国2007年钢产量4.9亿吨,约半数需要焊接。几乎所有的产品,从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件,从水下到太空、从民用产品到军用装备都离不开焊接技术。 
    记者:现代焊接生产技术国家重点实验室的主要研究目标是什么? 
    刚铁:实验室的主要研究目标是面向国际焊接科技前沿,开展具有前瞻性和创新性的应用基础研究;围绕国民经济建设和国家安全重大需求,加强焊接先进技术攻关;参与国家与国防重大项目,开发具有自主知识产权的核心技术及重大装备,注重工程应用和产业化;推进国际间合作,提高实验室国际影响力;力争把实验室建设成为具有国际先进水平的焊接科学技术研究和高级人才培养基地。 
    针对焊接领域的重大科学和技术前沿问题,围绕我国国民经济、社会发展和国防安全的需求,结合本实验室的基础和学科优势,实验室自1995年开放运行以来,始终将研究方向定位在先进焊接技术领域的几个紧密相关的重要目标上。
    实验室在学术委员会的指导下,重点在5个方面开展研究: 
    高效焊接方法及过程智能控制,重点研究焊接热源物理基础与能量传输机理、高效高能焊接方法;熔滴过渡、熔池行为与焊缝成形控制;焊接过程质量传感与智能控制;焊接机器人与自动化系统集成技术及装备。 
    焊接结构可靠性与质量评价,重点研究焊接接头的力学行为;焊接结构应力与变形控制;连接接头的自动化检测与分析;智能化质量评价与仿真;结构可靠性与寿命评估。
    新材料及异种材料连接的内容包括,重点研究新材料、异种材料的连接性及界面行为;超声、扩散、自蔓延高温合成等新连接方法;连接过程的数值模拟及接头质量控制。 
    微连接与电子封装,重点研究微细材料连接界面行为分析方法、原子尺度润湿性及钎料合金设计;微系统封装、微连接新方法;新型封装结构、大功率LED封装;可靠性与失效分析。 
    表面改性与延寿技术,重点研究电子束表面强化与镀膜;激光熔覆与表面合金化;等离子体喷涂?烧结与刻蚀;等离子体离子注入与沉积技术以及各种材料表面改性与延寿工艺。 
    记者:本实验室在国内外相同学科领域实验室中的地位和作用如何? 
    刚铁:实验室自建成以来,进行了大量的科学技术研究和高级人才培养工作,在航天、国防和国民经济建设中发挥了重要作用。已成为我国进行焊接应用基础研究、焊接先进技术攻关、焊接工程应用和高级焊接人才培养的重要基地。从这里走出的学生遍布全国航天、航空、造船、汽车和工程机械等各个领域。 
    经过十几年的建设与发展,实验室已成为国内外公认的我国在焊接领域的代表单位;开创了我国焊接领域一些重要学术方向,为我国焊接领域的学科建设发挥了引领作用;为我国国民经济建设、国防建设特别是航天和武器装备的跨越式发展起到了支撑作用。 
    在科学研究方面,实验室注重加强基础和应用基础研究与创新,推动焊接技术的创新与发展。在多热源复合增强机制、陶瓷与金属润湿机理和焊接热源模型等方面的研究中取得了一系列创新性研究成果。 
    实验室围绕国防建设的需求,针对研制和生产存在的技术瓶颈,开展了大量的应用基础和工程化技术的研究,突破了一系列关键技术,为产品的研制和生产顺利实施起到了关键支撑和保障作用。 
    实验室在机器人自动化焊接生产的计算机辅助设计和优化、空间曲面焊缝离线编程、三维焊缝跟踪等技术方面取得了技术突破,实现了运载火箭发动机关键部件的自动化焊接。 
    在突出国防特色,为航天和武器装备做出贡献的同时,实验室还积极推动产学研结合,在国民经济建设中也发挥了重要作用。其中,焊接应力变形控制、模拟仿真等研究成果在葛兰滩、南山等大型电站水轮机转轮,矿山装备工程等方面得到成功应用;微连接与电子封装方面的有关成果已经用于某公司的微磁头生产线;焊接专家系统软件在几十家军工和民品企业中广泛推广应用;表面喷涂与改性等方面的研究成果促成了产学研的结合,在新型陶瓷轴承、耐磨复合钢板、高表面硬度轧辊及喷涂设备开发等方面已签订多个合作项目;基于系统集成技术,完成了吉林油建金属结构厂大型容器焊接生产线建设。 
    实验室加强创新基地建设,引领和拓展了焊接学科的发展。目前已经形成了国家重点实验室、国防科技应用研究中心等多个创新基地,为培养研究型高级人才提供了一流的平台。实验室拥有的焊接专业为教育部唯一批准的列入招生目录本科专业,所制定和实施的人才培养计划、教学体系等在本领域起到了示范作用。根据电子信息产业的发展和国家战略需求,实验室2007年申请建立电子封装技术专业(国防特色紧缺专业)已经获得教育部的批准,成功地实现了焊接学科向先进工业领域的拓展和学科交叉。
    记者:目前,实验室取得了哪些重大成果?
    刚铁:近年来,实验室在应用基础理论、关键焊接技术等领域开展了深入研究和攻关,取得了一些代表性研究成果。主要有以下几个方面: 
    电弧焊作为一种广泛使用的焊接工艺,一直在生产中占有重要的地位。随着各种新材料、新结构的不断出现,对焊接工艺提出了新的要求。实验室在焊接电弧复合基础理论、关键焊接新技术等方面开展了深入的研究,丰富和拓展了焊接电弧理论。提出和发明的焊接新技术已成功地应用到产品研制和生产中,提高了焊接质量、生产效率。陶瓷、金属间化合物、复合材料、铝合金及钛合金等轻质高强材料正在成为国防及航空航天领域应用的主要结构材料,由于其材料物理化学性质的特殊性,采用常规的连接方法很难实现可靠连接。实验室针对不同类型的轻质高强材料连接的问题及需求,在连接界面结构设计、润湿及接头质量控制等方面进行了深入细致的研究,提出了一系列有价值、有理论指导意义的新方法、新思想,取得了一系列创新性研究成果,对解决工程实际问题起到了重要的支撑作用。 
    焊接技术是装备制造和产品总装的基本手段,优质高效焊接技术始终是生产中的关键技术之一。近年来,实验室针对载人航天、国防建设和国民经济建设中存在的技术瓶颈,开展了大量的应用基础和工程化技术的研究,突破了一系列关键技术,研制成功了多种重大装备,荣获了国家科技进步二等奖。 
    在微连接领域,实验室开展了电子封装微细材料连接界面行为、微连接接头微观力学行为、可靠性与失效分析、微连接新方法、绿色钎焊技术等方面的研究,开辟了微米及纳米尺度材料连接的新方向。 
    在等离子体表面处理及工程应用领域,利用表面改性技术、薄膜技术和涂镀层技术,获得材料和结构的综合性能。实验室针对离子体表面处理研究中的难题和挑战进行了深入的研究,提出了“有限鞘层碰撞”和“非均匀等离子体均匀注入”等新的理论模型,开发了“本体表面高耐磨梯度复合涂层”等新技术手段,设计了新的功能膜层和“长寿命阴极弧”等离子体源。取得的研究成果已得到应用,研制的设备已经出口到新加坡、香港等国家和地区。
    记者:作为实验室主任,您对国家重点实验室建设有什么建议?下一步有哪些计划? 
    刚铁:实验室下一步将继续瞄准国际科技前沿,在基础研究领域出一些创新成果;还将在国家重大工程中继续发挥作用,取得更多的标志性成果。此外,实验室还将继续发挥国防特色优势,并在民用产品和国民经济建设中发挥更大的作用。

实验室实录 焊接领域的科技之旅

    在3月春日的午后,记者跟随哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室的高洪明教授,在这所国内唯一的焊接领域的国家级实验室经历了一次别开生面的科技之旅。 
    我们首先来到的是无损检测与评价实验室,这里也是焊接接头的“体检”室。屋子里与计算机相连的是一个鱼缸大小的器皿,一块尺子大小的铁块像病人一样乖乖地“躺”在水中央,正在接受超声波扫描。看起来可能和想象中的焊接有些远,通过这台设备,就可用一个小小的探头,在不破坏工件的情况下对它的内部进行缺陷检测,然后交出有关缺陷类型、尺寸和位置等问题的详细“体检”报告。 
    瞧,这和医院里给病人做的B超没啥两样吧? 
    随着高洪明,我们又来到了高效化及质量控制研究室。可不能小瞧了这屋子的“钢铁战士”们,好多技术领先的高效焊接方法如双丝焊、活性化钨极氩弧焊、变极性等离子弧焊等都是在它们身上攻克的。他们在这所实验室中同时还开展快速成形与修复、焊接自动化系统集成与应用等研究,而且在很多方面取得了国际水平的研究成果。 
    接着我们又来到了高洪明负责的智能焊接实验室。现在的机器人能替代焊工做很多工作,特别是那些重复率高的活儿,机器人的稳定性和效率更让人信赖。这里的机器人都是全副武装,虽然没有人类的眼耳口鼻,但干起活来还真是有板有眼,毫不含糊。 
    随着科技的进步,机器人成了人类工作安全的卫士。像核电站和未来空间站等危险性很高的工作环境,有时候也需要进行焊接维护,这时候机器人可就是“当仁不让”了,人类只需在安全的地方进行远程遥控就可以了。 
    实验室现在的研究工作主要是针对核电站的焊接维护。此外,对未来宇宙空间站进行遥控焊接时可能发生的远程信号延迟问题,实验室已经准备着手研究。 
    下一站是材料表面改性实验室,也是材料的“健康加油站”。在这里,利用一种设备给材料表面注入离子来改变材料表面的特性,从而提高材料的使用性能。被注入离子后的材料,寿命可大大延长。像我们生活中经常用到的轴承,如果用传统方法来制作,一般来说表面的耐磨性不好,使用寿命也不太长。如果给它们的表面注入一些离子就会大不一样了,注入过离子的轴承大大提高了硬度和耐磨性,能多“活”好多年呢! 
    最后一站是正在筹建中的空间焊接实验室,这里是为国家未来航天发展做准备的,所涉及的都是目前最先进的焊接方法。例如依靠旋转的搅拌头在不熔化被焊材料的情况下进行搅拌摩擦焊接技术,因为是在无熔化的情况下进行焊接,所以材料变形小,在航空航天领域得到广泛应用。还有用于复合材料制作的真空热轧焊,也是科学家眼中“三明治”材料的“烤箱”。有些材料需要同时具备耐腐蚀、耐高温和高强度等特性,而单一的材料很难同时满足多种需求。这时候就需要真空热轧焊技术把不同的材料焊接在一起,使一种材料像“三明治”一样可同时满足多种口味。让记者印象最深刻的是体积20立方米的“绿巨人”――脉冲真空电子束焊机,这可是焊接领域名副其实的技术水平高、生产质量高、可焊材料广的龙头老大。刚才我们所了解的实验在它“眼”中大都是来者不拒。但也正因为“它”功能强大,设备也是非常复杂的,造价也特别高,维护成本也自然不菲。 
    空间焊接实验室里“高手如云”,虽不能清楚地记得每一台机器的名字,但我们知道,它们都是为祖国航天技术发展保驾护航的“有功之臣”。 

实验室备忘录

    2003至2007年,在实验室工作过的固定人员共42名:教授16人(其中博士生导师14人),副教授13人,讲师7人。其中,45岁以下中青年占69%,国家杰出青年基金获得者1人(冯吉才),教育部新世纪优秀人才支持计划入选者4人(田修波、何鹏、高洪明、李明雨)。
    2003至2007年,实验室承担以国家重要科研和国防建设为背景的各项研究课题共205项。其中:国家重大基础科研“973”子课题1项;国家“863”高技术项目7项(主持5项、参与2项);杰出青年基金1项;国际合作重大项目1项;国家自然科学基金25项;国防预先研究项目21项;国防重大基础科研2项。自2000年以来,获得省部级以上奖励10余项,发表论文1200余篇,其中,SCI检索近400篇,EI检索近600篇,发表专著10余册,获得授权专利50余项。其中焊接变形控制、自动化及特种连接技术,成功解决了大型运载系统、飞船及国防装备中的焊接制造难题,为我国航天及国防事业做出了重大贡献。

实验室主任刚铁教授向评估专家介绍实验室情况(材料 摄) 

机器人焊接过程控制实验   (材料 摄)