客观评价 一、国内外相关技术的比较
日本大阪大学采用X射线方法仅能观测到模糊小孔,效果并不理想;在中厚板单道激光深熔穿透焊接领域处于国际领先水平,世界上首次激光深熔焊接核裂变堆芯围筒16mm成功,并用于实际发电5年;在核聚变大科学工程国际科技合作计划(ITER)领域:单道激光深熔焊接20mm厚ITER 的第一壁,保证了我国率先通过ITER半原型认证,其焊缝技术在国内外同类部件制造中整体处于领先地位;单道激光深熔焊接的20mm厚ITER的托马克线圈,使我国成为世界上第一个掌握此项工艺技术的国家。创造性的提出“三明治”焊接方法,世界上首次对焊接过程小孔内部光谱信号进行实时观测,成功获得小孔壁面的流速,激光多次反射和等离子体温度信息,完善了激光焊接内部小孔成型机理。在中碳钢环焊等难焊材料领域处于国内领跑地位,深入研究了中碳钢42CrMo气孔和弧坑裂纹产生机理,成功应用于活塞等环焊,裂纹缺陷控制在1mm内,并推广至弹簧和齿轮等环焊。国内率先将激光远程焊接技术应用于镀锌板叠焊,解决了奔驰天窗2mm+2mm镀锌板叠焊工艺难题,打破国外对该技术的垄断,实现技术替代。非熔透焊接的深度控制技术应用于大型圆筒构件和铝合金壳体多层焊接,可将8m长的工件焊接变形控制在2mm以内,打破了国外技术垄断,解决了国内大尺寸焊接变形技术难题。
三维五轴联动激光加工机床一直被国外垄断,其核心是卡脖子的360度无限旋转三维激光切割焊接头,我国从“九五”攻关就开始立项,但此三维激光加工头一直未完全研制成功。该项目一举打破这种被动局面,国内率先研制成功360度无限旋转三维激光切割焊接头,打破国外垄断形成替代。从而研制出三维五轴联动激光加工装备,技术参数相当,形成批量销售,并出口。自主研制成功的高功率CO2激光器、数控系统等关键部件,激光切管机、激光切割生产线与光纤激光切割机处于国内领先。
项目整体相关技术引领国内行业发展,部分技术国际领先。
二、国家机床产品质量监督检验中心:
1、三维五轴联动激光加工机床:双向定位精度0.035mm、双向重复定位精度0.008mm;2、三维激光加工头:旋转轴可进行360度连续旋转,定位精度0.005度;摆动轴±135度,定位精度0.005度;3、光纤激光切割机:最大定位速度169m/min,最大加速度1.5g;以上均符合GB/T 17421.2-2000标准。5kW轴快流CO2激光器,技术参数符合企业技术要求。
三、专家验收意见和鉴定结论
1、2015年由中国工业机械联合会组织鉴定,段正澄院士为组长的鉴定专家组对“高功率切割、焊接用激光器”等四项鉴定的鉴定意见为:研制出3kW全光纤激光器,成功研制出5kW轴快流CO2激光器;研制了高功率高精度三维五轴联动激光头,解决了高功率激光加工头稳定性难题;研制了高架龙门大幅面高精度三维五轴联动光纤激光切割机、多机联线自动化光纤激光生产线;研制出高龙门大幅面高精度三维五轴联动焊接机床、大尺寸钣金件激光深熔焊接系统。2011年范滇元院士为组长的鉴定专家组对“三维切割、焊接核心技术、装备及应用”鉴定意见为:发明一种光致等离子体温度空间分布的探测装置及探测方法,建立了一套切割工艺数据库。
2、863项目验收意见:本课题提出了三维件激光切割焊接一体化新思路,建立了汽车白车身激光切割、焊接生产线,对提高我国汽车车身激光焊接、切割生产线的效率和柔性具有重要意义。
四、国内外重要科技奖励
1、“厚板、难焊材料激光焊接与复杂曲面曲线激光切割核心技术及系列装备”获中国机械工业科技进步奖一等奖
2、“桁架式折叠准封离型切割与焊接用1kW级二氧化碳激光器”获湖南省科技成果一等奖。
3、“高功率轴快流激光器与激光加工装备研发及产业化”获中国产学研合作创新成果奖
五、同行专家评价
德国不莱梅应用激光研究所Volpp教授[Volpp J. Physics Procedia, 2012, 39: 17-26.]评价本项目:First measurement of the keyhole shape could be conducted welding in glass(首次在玻璃中焊接观测到小孔形状)。
台湾Kuang教授等人[Kuang J H, et al. Optics & Laser Technology, 2012, 44(5): 1521-1528.]评价本项目:The model was used as the basis for a series of finite element simulations designed to investigate the shape of the weld pool and the temperature distribution around the weld pool given different laser input energy intensities(基于实测小孔所建立的传导模型为一系列有限元分析的基础)。
中科院力学所借鉴本项目“三明治”方法研究激光打孔机理,并在国际知名期刊上发表高水平学术论文[Meng Chen, et al. In situ optical observations of keyhole dynamics during laser drilling. Applied Physics Letters 103,194102(2013)]。
行业内已经公认本项目“三明治”方法为激光深熔焊接理论研究的试验方法。在申报项目和发表文章经常采用。