本项目针对船舶制造、海洋工程、管道工程、核电工程建设中的高强钢厚壁结构焊接空间位置多变、窄间隙坡口内电弧物理特性与液态金属流动行为复杂、装备依赖进口、焊接智能化程度低等问题，开展了高强钢厚壁结构智能化窄间隙GMA焊接技术与装备研究，具体内容如下： 1. 新型高质量窄间隙GMA焊接方法设计与焊枪研制 围绕旋转电弧、摆动电弧、双丝双弧窄间隙GMA焊接工艺要求，提出合理的电弧旋转、电弧摆动与双丝布局方案。通过机械设计与试验优化迭代，开发设计结构紧凑、性能稳定、安全实用、兼容性高的窄间隙GMA焊枪，对其电路、水路和气路进行优化设计。尤其针对不同深度范围的焊接坡口，设计满足深坡口使用的窄间隙焊枪外置式和插入式保护气喷嘴，对并对喷嘴的保护效果进行试验验证。 2. 窄间隙GMA焊接传热和传质机理与工艺规范建立 利用焊接过程电信号与高速摄像同步采集技术，结合温度场、流场数值模拟的方法对旋转电弧、摆动电弧、双丝双弧窄间隙GMA焊接过程中的电弧特性、熔滴过渡与熔池流动行为等传热和传质过程进行定量考察与分析，探究不同焊接形式时主要的工艺参数对电弧特性与金属熔化行为的影响规律，深入挖掘“工艺参数-焊接稳定性-成形质量”的内在关系，进一步确定出合理的工艺规范，针对具体接头形式制定合理的焊接工艺，实现接头的完整焊接，并验证焊接接头力学性能。 3. 空间多位置窄间隙GMA焊接技术开发 联合试验结果和温度场与流场数值模拟分析空间多位置下熔池流动特点，结合不同焊接形式对热量分配和熔池控制的效果，针对空间横焊、立焊、仰焊、全位置焊等复杂焊接位置，选取适当的焊接形式进行焊接试验，探究熔池流动行为与成形特点，考察工艺参数对熔池流动与焊缝成形的影响规律，通过试验设计优化出合理的空间多位置焊接工艺，优化焊缝成形，实现空间多位置高质量窄间隙GMA焊接，并面向典型钢种实际工程需求完成空间多位置窄间隙GMA焊接应用验证。 4. 智能化窄间隙GMA焊接技术与集成装备 开发激光视觉与熔池视觉联合的双目视觉传感系统，对窄间隙坡口内焊接过程进行实时监测，同时开发扫描式激光视觉传感系统，实现大深宽比窄间隙坡口的焊缝特征识别，开发焊接自适应控制策略，通过实时监测坡口尺寸，实现焊接过程中工艺参数的修正调整，保证焊缝成形一致性。研发自主化大型结构自动化焊接装备，与上述焊接技术、传感控制技术集成，形成智能化集成装备并完成应用验证。

哈尔滨工业大学

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