陸皓：“焊接數值模擬”世界的行者

本刊記者 宋 潔

交大與法國液化空氣科技合作

焊接是在高溫或高壓條件下，使用焊接材料（焊條或焊絲）將兩塊或兩塊以上的母材（待焊接的工件）連接成一個整體的操作方法。焊接不僅可以解決各種鋼材的連接，而且還可以解決鋁、銅等有色金屬及鈦、鋯等特種金屬材料的連接，因而已廣泛應用于機械制造、海洋開發、汽車制造、石油化工、航天技術、原子能、電力、電子技術等部門。上海交通大學材料科學與工程學院陸皓教授潛行在這一領域20余載，取得了一定的成果。陸皓沉淀著謙穩的氣度，對他來說，事業不僅是一份眷戀，更是一份信仰。

投身焊接，結出碩果

陸皓1987年畢業于上海交通大學材料科學與工程系焊接專業，本科畢業后繼續攻讀碩士學位，1990年2月碩士畢業后留校任教。工業化社會的快速發展敦促焊接技術的更新換代，當時我國的焊接能力仍然存在許多薄弱的環節，這也堅定了陸皓有一番作為的決心，思慮之后他決定繼續深造，師從中國焊接數值模擬開拓者汪建華教授，在日本大阪大學接合所進行焊接數值模擬的研究，并于2000年2月順利獲得材料學博士學位。多年的理論學習為陸皓今后的大展拳腳打下了堅定地基礎。

目前，大多數的焊接或其它熱加工變形及應力數值仿真主要基于熱彈塑性計算，材料的性能隨溫度變化。相變是鋼結構熱加工變形中的微觀過程，它對于熱加工結構的變形與應力作用不容忽視。陸皓將相變行為考慮進焊接結構的變形與應力預測中，取得了突出的成果。實現了高強鋼、耐熱鋼焊接殘余應力的預測，并將計算模型應用到三峽升船機齒條的感應淬火，為感應淬火工藝的優化和齒根淬火開裂的防止提供了理論指導。傳統的熱彈塑性方法盡管計算精度高，但耗時長，很難及時為工程設計提供有效幫助。基于此問題，陸皓及團隊提出了殘余應變有限元法進行大型復雜結構焊接變形工程預測，為大量工程提供了理論指導，關于復雜結構高精度焊接變形有限元預測技術得到了國家自然科學基金的資助。

微連接接頭的可靠性問題隨著焊料無鉛化的推進，成為近十年中的熱點研究問題。自2004年以來，陸皓及團隊著手研究微焊點組織和性能的多尺度模擬技術。探討了微焊點的界面反應，集中分析不同焊料成分對界面產物及缺陷的影響，電遷移、熱老化過程中界面相的形成與演變、缺陷的形成與擴展等。與此同時，借助納尺度模擬方法及多物理場模擬技術，對物相、缺陷等相關的形成機理進行了闡釋，在國際期刊上發表了十余篇高水平論文，為世界焊接技術的發展留下“中國足跡”。

交大與東京計裝科技合作

精益求精，勇于創新

焊接殘余應力與變形在高精度、高安全性結構制造中，是必須重視的關鍵因素之一，特別是隨著高強度鋼的推廣應用，對應力與變形的預測需求越來越突出。陸皓及團隊長期從事焊接結構殘余應力與變形的理論研究與測試工作，曾獲得多項國家自然科學基金的資助，如“低合金高強鋼焊接過程固態相變力學行為研究”、“復雜結構高精度焊接變形預測技術”、“考慮熱效應的柔性多體系統動力學建模理論和實驗研究”、“基于粘彈塑性理論局部焊后熱處理新的評價標準研究”。科研組在做科研的同時也與企業保持密切的合作，陸皓作為主要負責人應用焊接模擬技術為日本大金空調公司解決當前空調焊接方面的問題以及提供技術儲備，至今已完成了7項課題，并兩次獲得大金方面頒發的“成果獎”。從2010年開始，科題組與東京計裝、法國液化空氣等國外公司開展了聯合研究，至今也分別完成了3個項目，出色的技術成果讓外國企業刮目相看，至今雙方仍保持密切的合作。

在國內，陸皓及團隊毫不懈怠，加快了研究步伐，大力發展焊接數值模擬技術，豐富傳統的焊接數值模型，與上海寶鋼集團公司開展了“多絲埋弧焊熱源模型與溫度場預測技術”項目研究，提出了反演算法與智能優化算法的熱源模型參數預測模型，通過對焊接溫度場的預測，實現焊接工藝參數的優化，實現了多絲埋弧焊的工藝試驗指導。與上海江南造船（集團）有限公司開展了“船體結構焊接變形預測系統”項目研究，發展了固有應變理論，實現了船體結構焊接中角焊縫引起的局部“魚骨狀”變形的預測，為甲板等船體結構的工藝優化提供了指導。此外，奉行科研服務于社會的宗旨，團隊數年來一直與上海電氣集團旗下公司、中國船舶工業集團公司第708研究所、上海航天設備有限公司等企業展開科研業務合作，為企業的產品設計、規范制訂、生產制造提供技術支持，解決實際問題，這為社會帶來了一定的社會經濟效益。

挑戰自我，翻新篇章

已經為社會帶來巨大效益的陸皓及團隊并未裹足不前，多年從事焊接過程的計算機模擬工作，讓陸皓在焊接應力應變、材料相變與組織預測、多場耦合等數值模擬領域等方面積累了豐富的經驗。目前，陸皓在鎳基焊接材料失延裂紋領域和組合建模方法及其在焊接力學分析中的應用領域進行新的探索。陸皓及團隊對690鎳基合金焊材FM 52和600鎳基合金焊材FM 82的DDC敏感性和形成機制進行了試驗研究，發現FM 82所焊試樣在1100℃作用4%變形量后可以清晰的看到高溫失延裂紋大多起源于三叉晶界處并在晶界處開裂，證實了晶界滑移在裂紋生成中的作用。在一系列實驗表征的基礎上，將晶體塑性理論引入到鎳基焊接材料高溫失延裂紋的起裂和裂紋擴展的數值模擬中，探討了大小角度晶界，晶體取向、焊接應力狀態等因素對失延裂紋形成的影響，發展了焊接裂紋微觀尺度模擬技術及失延裂紋形成評定方法。

未來，陸皓將在劃線S T F研究方法、納米氧化物顆粒增強、增韌作用機制、焊縫晶體塑性模型等方面開展相應的研究，此外，他也將在利用組合模型以實現焊接變形、應力、裂紋模擬的結構化、標準化建模等方面進行專研。

科研本身是一件枯燥的工作，但每一個成果都是對科研人員最好的獎勵。在中國的焊接發展歷程上，陸皓默默貢獻自己的才智和辛勤，讓這份古老的技術彰顯著新時代的光芒，科研旨在服務民生，正是由于這些辛苦奉獻的科研工作者奮斗在第一線，才挺起中華民族工程羸弱的脊梁。