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長(zhǎng)征五號(hào)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)噴管延伸段由300多根變截面薄壁方管螺旋纏繞排布焊接而成，焊縫長(zhǎng)度超過(guò)1700米。手工焊接存在的焊接質(zhì)量穩(wěn)定性差、生產(chǎn)效率低的問(wèn)題難以保證運(yùn)載火箭密集發(fā)射、高可靠性提出的精細(xì)化高效焊接需求。哈工大材料學(xué)院陳彥賓教授研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了近10年的技術(shù)攻關(guān)，基于焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，提出了密排焊道錯(cuò)位焊接控制變形的方法，有效地解決超薄異形管焊接變形的難題；采用三條紋結(jié)構(gòu)光識(shí)別技術(shù)，突破了帶羊角焊縫識(shí)別、大曲率軌跡的跟蹤瓶頸；開(kāi)發(fā)出了九軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)化集成技術(shù)及裝備，實(shí)現(xiàn)了過(guò)程參數(shù)及工藝裝備的精密控制。團(tuán)隊(duì)先后研制出具有國(guó)際先進(jìn)水平的機(jī)器人自動(dòng)化焊接裝備，提供多臺(tái)設(shè)備完成了生產(chǎn)車間的技術(shù)升級(jí)和改造，實(shí)現(xiàn)了氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)管束式噴管延伸段的自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期縮短一半以上。

面向高端裝備發(fā)展對(duì)先進(jìn)激光焊接技術(shù)的迫切需求，圍繞大型薄壁關(guān)鍵構(gòu)件激光焊接制造過(guò)程中的     重大科學(xué)技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)研究，突破了大型薄壁構(gòu)件激光焊接的關(guān)鍵共性技術(shù)，解決了大型薄壁構(gòu)件激光 焊接過(guò)程穩(wěn)定性、質(zhì)量一致性和可靠性難題，開(kāi)發(fā)出關(guān)鍵功能部件和成套技術(shù)裝備，構(gòu)建了大型薄壁構(gòu)  件激光焊接制造理論和技術(shù)體系，顯著提升了我國(guó)高端裝備制造的自主創(chuàng)新能力和技術(shù)水平。項(xiàng)目成果 獲中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)。

管線鋼環(huán)焊縫焊接專家系統(tǒng)結(jié)合有限元、專家知識(shí)和推理、數(shù)據(jù)庫(kù)、多庫(kù)協(xié)同等技術(shù)，具有焊接工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)功能和焊接工藝評(píng)定指導(dǎo)功能。其主要特點(diǎn)包括：（1）建立了基于知識(shí)庫(kù)的管道環(huán)焊縫焊接工藝設(shè)計(jì)的規(guī)則、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和模型的知識(shí)表示方法，采用開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的設(shè)計(jì)理念和推理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了焊接工藝的推理。（2）具有知識(shí)的提煉、自學(xué)習(xí)能力、知識(shí)的升級(jí)的功能。（3）在管道環(huán)焊縫的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上結(jié)合有限元理論、利用專家知識(shí)和推理，極大地完善管道環(huán)焊縫焊接專家系統(tǒng)在焊接過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用，具有很好的操作實(shí)施性。

內(nèi)容介紹： 釆用電液比例控制及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程中主軸轉(zhuǎn)速、軸 向壓力（摩擦壓力、頂鍛壓力）的閉環(huán)控制，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度的開(kāi)環(huán)控制， 可實(shí)時(shí)顯示焊接過(guò)程中主軸轉(zhuǎn)速、軸向壓力（摩擦壓力、頂鍛壓力）、焊 接縮短量（滑臺(tái)位移）、摩擦功率（主軸電機(jī)電流）曲線與數(shù)據(jù)，開(kāi)關(guān)量 （DI、DO）狀態(tài)，可列表顯示、回放、打印、存儲(chǔ)與調(diào)用所有參數(shù)及曲線， 進(jìn)行焊接方式控制。

雙面雙弧焊接技術(shù)是采用兩個(gè)電弧在工件的兩面同時(shí)操作立焊-立焊、平焊-仰焊的一種焊接工藝。雙機(jī)器人協(xié)同雙面雙弧焊接技術(shù)是利用兩臺(tái)焊接機(jī)器人協(xié)同實(shí)現(xiàn)雙面雙弧焊接的技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)包括雙機(jī)器人電弧焊接同步協(xié)調(diào)技術(shù)，平焊-仰焊、立焊-立焊雙面雙弧熔池控制技術(shù)和雙面雙弧焊接工藝技術(shù)。 使用該系統(tǒng)焊接擁有三大優(yōu)勢(shì)：優(yōu)質(zhì)--同步熔透，焊縫缺陷少，外觀成形好；低耗--焊接5-12mm厚板，無(wú)需開(kāi)坡口，不填絲或極少填絲；高效--雙面焊接，不需清根，工件無(wú)需翻轉(zhuǎn)，效率極高，焊接10mm高強(qiáng)鋁合金，焊接時(shí)

換熱器管板接頭數(shù)量多，管子排列密集，且無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1所示。手工焊接方法在換熱器管板焊接中效率低、對(duì)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度高且焊縫質(zhì)量難以保證。

由于大尺寸焊接結(jié)構(gòu)尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以其有限元建模過(guò)程難度較大，利用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)對(duì)整個(gè)建模過(guò)程進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為典型的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)有限元仿真過(guò)程更加簡(jiǎn)單、效率更高。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡(jiǎn)介 由于大尺寸焊接結(jié)構(gòu)尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以其有限元建模過(guò)程難度較大，利用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)對(duì)整個(gè)建模過(guò)程進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為典型的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)有限元仿真過(guò)程更加簡(jiǎn)單、效率更高；同時(shí)有限元分析對(duì)網(wǎng)格模型的要求高，需要在保證計(jì)算精度的前提下保證計(jì)算效率，使用網(wǎng)格過(guò)渡技術(shù)，保證熱源影響大的區(qū)域使用精細(xì)的網(wǎng)格，熱源影響小的區(qū)域使用較粗的網(wǎng)格，從而達(dá)到相同網(wǎng)格條件下更精確地計(jì)算結(jié)果與更高的計(jì)算效率。例如《大型復(fù)材工裝焊接工藝研究》項(xiàng)目，針對(duì)大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件Invar合金模具手工電弧焊焊接工藝進(jìn)行研究，采用高效建模的手段對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行模擬分析，降低時(shí)間與材料等方面的成本。采用實(shí)驗(yàn)與仿真并行，理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、仿真分析相結(jié)合的技術(shù)路線開(kāi)展 Invar 合金試板件手工焊接工藝參數(shù)探索。 三、創(chuàng)新點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo) 創(chuàng)新點(diǎn)：參數(shù)化建模，縮短建模周期；采用非均勻過(guò)渡性網(wǎng)格以控制計(jì)算量，在保證計(jì)算精度的前 提下壓縮計(jì)算量，采用多 CPU 并行計(jì)算以提高計(jì)算效率。 技術(shù)指標(biāo)：建模效率提高 30%，計(jì)算效率提高 30%。 四、知識(shí)產(chǎn)權(quán)及獲獎(jiǎng) 論文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 專利： 基于精準(zhǔn)能量分配的激光-電弧復(fù)合加工的能量分配系數(shù)模型的構(gòu)建方法 一種焊接過(guò)程氣孔形成與演變的二維計(jì)算機(jī)模擬方法

智能焊接機(jī)器人：帶有視覺(jué)識(shí)別和激光掃描系統(tǒng)，能自動(dòng)識(shí)別待焊接特征，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別粗略判斷零部件特征，在此基礎(chǔ)上利用激光掃描精確確定焊接位置，對(duì)大型零部件進(jìn)行自動(dòng)特征識(shí)別和焊接，提高小批量產(chǎn)品的焊接速度和質(zhì)量。