為服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)加快步伐
——現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

重視人才培養(yǎng)，加強(qiáng)合作與交流

現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的前身是哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接專業(yè)。該專業(yè)始建于1952年，是國(guó)內(nèi)第一個(gè)焊接專業(yè)。1986年，被評(píng)為全國(guó)首批重點(diǎn)學(xué)科。1989年，在焊接專業(yè)的基礎(chǔ)上籌建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，1995年通過國(guó)家驗(yàn)收并正式對(duì)外開放，2003年通過國(guó)家科技部的評(píng)估。

現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是國(guó)內(nèi)焊接領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)中心，同時(shí)，也是國(guó)內(nèi)培養(yǎng)焊接領(lǐng)域高技術(shù)人才的重要基地。實(shí)驗(yàn)室在解決國(guó)防工程關(guān)鍵技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面做出了突出的成績(jī)。

自成立以來，實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家“十五”預(yù)研項(xiàng)目、國(guó)家“863”項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家支持的“空間焊接技術(shù)”項(xiàng)目。科研經(jīng)費(fèi)總計(jì)約3000萬元，建設(shè)經(jīng)費(fèi)約3000萬元。實(shí)驗(yàn)室重視人才隊(duì)伍的建設(shè)，培養(yǎng)了一批中、青年技術(shù)骨干。建立了老、中、青相結(jié)合的學(xué)術(shù)梯隊(duì)，具有博士學(xué)位的研究人員已達(dá)到80%以上。實(shí)驗(yàn)室積極開展國(guó)際交流合作，與國(guó)外知名的焊接研究機(jī)構(gòu)建立了合作關(guān)系；同時(shí)，聘請(qǐng)本領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的著名學(xué)者任本實(shí)驗(yàn)室顧問教授或客座教授，與國(guó)外學(xué)者聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生。實(shí)驗(yàn)室每年向海內(nèi)外學(xué)者提供與本領(lǐng)域相關(guān)的開放課題資助，總計(jì)40多項(xiàng)，總經(jīng)費(fèi)80萬元。

自1995年以來，實(shí)驗(yàn)室堅(jiān)持強(qiáng)化國(guó)際化，促進(jìn)學(xué)科發(fā)展，依托國(guó)際化進(jìn)程加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室學(xué)科建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室國(guó)際化戰(zhàn)略目標(biāo)。自1997年以來，實(shí)驗(yàn)室有多位教授主持了國(guó)際或國(guó)內(nèi)會(huì)議，并在國(guó)際或國(guó)內(nèi)會(huì)議上作大會(huì)報(bào)告或特邀報(bào)告。實(shí)驗(yàn)室還與國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)逐步建立了長(zhǎng)期的學(xué)術(shù)交流與合作關(guān)系，如美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)、肯塔基大學(xué)、EWI研究所等，已有10多位國(guó)外知名焊接專家受聘為實(shí)驗(yàn)室的顧問教授。此外，美國(guó)華盛頓大學(xué)控制與機(jī)器人研究中心主任談自忠等海外學(xué)者還受邀來室介紹他們的先進(jìn)成果，自1997年以來先后有50余人次來實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流。

實(shí)驗(yàn)室不但請(qǐng)國(guó)際知名專家來室講學(xué)，還有計(jì)劃地選派中青年骨干出國(guó)進(jìn)修。在抓好實(shí)驗(yàn)室研究生培養(yǎng)體系的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室積極向國(guó)外派遣研究生或進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。從1997年開始，有多名研究生在國(guó)外學(xué)習(xí)，從而涌現(xiàn)出了一批高水平的博士、碩士畢業(yè)生。

立足國(guó)際前沿，積極推動(dòng)成果產(chǎn)業(yè)化

實(shí)驗(yàn)室接受評(píng)估

作為我國(guó)第一個(gè)焊接技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室在焊接自動(dòng)化、焊接機(jī)器人、焊接材料分析和傳統(tǒng)焊接技術(shù)等領(lǐng)域具有傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)室注重立足用信息技術(shù)改造焊接這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，在高強(qiáng)鋼薄壁殼體自動(dòng)焊接系統(tǒng)、機(jī)器人焊接技術(shù)研究、異種材料及復(fù)合材料焊接技術(shù)研究、空間環(huán)境模擬大型真空容器的焊接制造、載人飛船返回艙變形控制與焊接、微電子焊接和封裝技術(shù)等項(xiàng)目上取得了重大進(jìn)展。

近年來，脈沖焊熔滴過渡一直是國(guó)際焊接界的研究熱點(diǎn)。自1997年以來，實(shí)驗(yàn)室在“MAG焊熔滴時(shí)弧光強(qiáng)度瞬態(tài)下降的特征信號(hào)”方向上開展了系列前沿性研究，在熔滴過渡的實(shí)時(shí)檢測(cè)方面取得了重要成果。國(guó)內(nèi)外專家一致認(rèn)為，對(duì)“MAG焊熔滴時(shí)弧光強(qiáng)度瞬態(tài)下降的特征信號(hào)”的研究，獲得了MAG焊接不同組分譜線強(qiáng)度變化同熔滴行為的關(guān)系，特別是發(fā)現(xiàn)了MAG焊熔滴過度時(shí)弧光強(qiáng)度下降的特征信息，從理論上揭示了弧光傳感焊接行為的機(jī)理。這些成果既填補(bǔ)了弧光傳感應(yīng)用基礎(chǔ)理論的空白，也充實(shí)了該領(lǐng)域的電弧傳感理論。

實(shí)驗(yàn)室一直瞄準(zhǔn)智能化焊接方向，并取得了重大進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)室先后開發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有體系結(jié)構(gòu)及控制算法開放性和擴(kuò)展性的顯著特點(diǎn)。完成了全開放式九自由度弧焊機(jī)器人技術(shù)，突破了國(guó)外工業(yè)機(jī)器人的“黑箱”結(jié)構(gòu)以及對(duì)用戶的限制，掌握了焊接機(jī)器人的核心技術(shù)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室還成功研制了任務(wù)級(jí)的機(jī)器人離線編程及仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)工件的焊接要求自動(dòng)生成焊接路徑、焊槍姿態(tài)和焊接參數(shù)，并在某火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件上得到應(yīng)用。該技術(shù)突破了國(guó)際上離線編程系統(tǒng)都是執(zhí)行級(jí)的限制，處于國(guó)際先進(jìn)水平。

在機(jī)器人焊接技術(shù)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室提出了機(jī)器人焊接柔性加工單元的新概念，把九自由度弧焊機(jī)器人系統(tǒng)、高精度焊接電源系統(tǒng)、激光掃描跟蹤系統(tǒng)、熔透控制系統(tǒng)和任務(wù)級(jí)的離線編程與仿真系統(tǒng)集成為焊接柔性加工系統(tǒng)。在中央控制計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一調(diào)度下，實(shí)現(xiàn)具有一定智能的空間焊縫的焊接加工，實(shí)現(xiàn)了初步的智能焊接。以這一技術(shù)為核心的“機(jī)器人焊接空間焊縫質(zhì)量智能控制技術(shù)及其系統(tǒng)研究”項(xiàng)目獲得了國(guó)防科工委科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

依托信息化建設(shè)，焊接實(shí)驗(yàn)室還在焊接過程質(zhì)量控制技術(shù)方面取得了重要成績(jī)。實(shí)驗(yàn)室通過誘發(fā)焊接熔池振蕩，根據(jù)熔池尺寸和諧振頻率的關(guān)系，提取出了熔深信號(hào)并進(jìn)行反饋，第一次實(shí)現(xiàn)了熔透實(shí)時(shí)控制。該項(xiàng)技術(shù)可以從正面檢測(cè)和提取溶透信號(hào)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，能夠進(jìn)行精確控制。實(shí)驗(yàn)室還成功地提取到清晰的熔池同步正反面圖像，采用系統(tǒng)辨識(shí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立了熔池特征參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系模型，對(duì)焊接過程的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)進(jìn)行仿真分析。實(shí)驗(yàn)室還在等離子浸沒離子注入與沉積裝置技術(shù)方面取得重大進(jìn)展，成功研制出三代PⅢ裝置。

在“神舟”號(hào)飛船成功發(fā)射舉國(guó)歡慶之時(shí)，實(shí)驗(yàn)室成員討論起新的使命：載人航天工程對(duì)焊接提出了新課題，實(shí)驗(yàn)室要為中國(guó)發(fā)展空間焊接技術(shù)攻關(guān)。近年來，實(shí)驗(yàn)室先后承擔(dān)了載人飛船模擬實(shí)驗(yàn)裝置、飛行器返回艙組焊等工程，為載人航天作出了突出貢獻(xiàn)。在“神舟”四號(hào)發(fā)射時(shí)，實(shí)驗(yàn)室鐘國(guó)柱教授還應(yīng)邀在現(xiàn)場(chǎng)觀看了發(fā)射盛況，并受到國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)的親切接見。

1997年以來，實(shí)驗(yàn)室提出了新的產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略，要實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到工程項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化，從高新技術(shù)到高新技術(shù)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，既要為重大國(guó)防項(xiàng)目提供先進(jìn)技術(shù)，又要直接面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)創(chuàng)造財(cái)富，以多元化促進(jìn)高新焊接技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。實(shí)驗(yàn)室通過與工廠合作，在鋁合金預(yù)拉伸板、超長(zhǎng)木工刀具焊接及產(chǎn)品開發(fā)、鋁合金及其異種材料的新型釬料的生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中取得了重大進(jìn)展。

鋁合金預(yù)拉伸板是宇航、航空工業(yè)、造船及化學(xué)工業(yè)等部門的重要材料。過去在生產(chǎn)中由于殘余應(yīng)力超標(biāo)，我國(guó)的此類產(chǎn)品一直不能出口。東北輕合金有限責(zé)任公司找到實(shí)驗(yàn)室，與實(shí)驗(yàn)室達(dá)成聯(lián)合攻關(guān)計(jì)劃，采用非線性有限元法模擬拉伸過程，通過X射線衍射法等對(duì)板材進(jìn)行了殘余應(yīng)力測(cè)試，最后解決了這一生產(chǎn)實(shí)際問題。該公司采用該項(xiàng)技術(shù)已為國(guó)家創(chuàng)匯數(shù)千萬美元，成為黑龍江省第二創(chuàng)匯大戶。

實(shí)驗(yàn)室積極推進(jìn)焊接工程的智能化進(jìn)程，成功研制了20余種焊接工程應(yīng)用軟件。這些軟件可以進(jìn)行材料焊接性分析，裂紋敏感性、接頭機(jī)械性能及接頭組織和焊接性的預(yù)測(cè)。這些產(chǎn)品一推入市場(chǎng)就受到了有關(guān)企業(yè)的好評(píng)。已在上海寶鋼集團(tuán)、上海航天局、哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司、大慶油田等大型企業(yè)的生產(chǎn)中發(fā)揮作用。

2001年年底，一種可代替人工進(jìn)行高難度管道接口焊接的自動(dòng)焊接機(jī)在實(shí)驗(yàn)室通過鑒定。石油、天然氣輸送管道、鍋爐制造等都需要進(jìn)行大量的耐高溫、高壓的管道焊接，人工焊接操作極易產(chǎn)生質(zhì)量隱患。實(shí)驗(yàn)室研制的這種管道全位置自動(dòng)焊接操作機(jī)，焊接全過程由計(jì)算機(jī)控制，且操作者可通過監(jiān)視器及時(shí)準(zhǔn)確地遠(yuǎn)距離觀察和控制整個(gè)焊接過程。這項(xiàng)成果可結(jié)束同類產(chǎn)品從國(guó)外進(jìn)口的歷史，其售價(jià)僅是進(jìn)口產(chǎn)品的三分之一，有著廣闊的市場(chǎng)前景。

在新的形勢(shì)下，實(shí)驗(yàn)室抓住大好機(jī)遇，進(jìn)一步加強(qiáng)隊(duì)伍的建設(shè)，形成團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，注重科研創(chuàng)新，繼續(xù)發(fā)揮在國(guó)防領(lǐng)域的科研技術(shù)優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取多為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)主戰(zhàn)場(chǎng)服務(wù)，取得更多和更有影響的成就。