[00934614]中厚板、大型薄壁件及复杂曲面激光焊接、切割关键技术与系列装备

航空航天、新能源、汽车、化工等领域的关键部件，需要采用激光焊接和切割技术满足其高性能、高可靠性的要求。此前中国制造这些关键部件所需的高端激光焊接、切割装备主要依赖进口，核心功能部件完全被国外垄断；且中厚板激光穿透焊缺陷抑制，大型薄壁件非穿透焊熔深精确控制，激光切割复杂曲面拐角过烧、厚板尖角过熔等关键工艺难题国内外尚未攻克。项目面向高端激光焊接切割装备国产化迫切需求，在国家863和基金等重点项目及企业支持下，经过近20年产学研用联合攻关，攻克诸多国际、国内技术难题，自主开发系列装备，取得如下主要科技创新：1.国际上首次提出“三明治”激光深熔焊接研究新方法，率先清晰观测到激光深熔焊接小孔、熔池及等离子体动态变化过程。建立基于实测小孔能量耦合模型，揭示了能量在孔内吸收机制；发明直接观测孔内温度与压力的方法，填补了国际上测量这类关键物理参量的空白；揭示了激光深熔焊接缺陷形成机理。形成了相对完整的激光深熔焊接理论体系。2.发明焊接熔池长度、熔池重力平衡的调控方法，研制高功率激光作用下金属蒸汽云团抑制、焊缝跟踪等核心功能部件，攻克万瓦级激光单道穿透焊接中厚板缺陷抑制难题。率先实现激光单道穿透焊接18mm厚（国外11.2mm)不锈钢。3.发明激光焊接小孔、熔池稳定性及焦点位置的控制方法，率先研发激光焊接等离子体稳定控制、焦点自动跟踪、随焊压紧等装置，解决薄壁件激光焊接熔深精确控制难题。实现大型薄壁件搭接非穿透激光焊接，在3m×l.5m范围内，焊接熔深波动<0.1 mm (国外>0.2 mm)。4.提出激光切割复杂曲面拐角、厚板尖角能量调控方法，完全自主研发三维激光加工头及关键工艺。设计新的无齿槽扭矩空心电机绕组，解决大扭矩空心电机运行不稳定问题；开发旋转密封新技术，解决水气泄漏难题。率先成功研制出中空式360°无限旋转三维激光加工头，开发了三维激光加工数控系统和切割工艺数据库。5.提出光学聚焦焦距最优的计算方法，优化光路设计，率先研制出具有完全自主知识产权的高功率轴快流CO<,2>激光器、三维五轴联动激光焊接切割机、激光切割生产线、离子膜电解槽激光焊接机等58类186种装备和97种功能部件。获发明专利42项、其它知识产权54项、出版专著4部，形成国家标准4件，发表论文265篇，其中SCI论文45篇。装备应用于上海电气、北京卫星厂、宇通客车等1915家企业2253台，出口德、日、俄等37国83台。近三年，同类产品国内市场占有率三分之一,新增产值53.06亿元,与世界排名第一的国外激光公司100余次国内竞标中，70%胜出，替代进口。同行专家鉴定认为：整体达到国际先进水平，部分技术处于国际领先水平。获行业和省级一等奖3项。提升了中国激光焊接切割技术水平，大大提高了中国激光加工高端装备国际竞争力。