[01243998]控形控性的激光焊接/熔覆关键技术研发及应用

本项目属于机械加工工艺与装备学科领域。

针对高功率激光熔覆、强化、焊接、切割加工过程中存在的超硬耐磨强化层/梯度涂层的制备与性能调控、表面组织应力调控、异型材不等厚板激光切割的飞溅挂渣、工艺参数调控、复合功能装备集成的关键技术难题，在国家自然科学基金、浙江省重大国际科技合作专项等课题立项资助下，系统开展了性能可控的高功率激光加工关键工艺、装备研发及产业化研究。

主要技术内容与创新点如下：

1.性能可控硬化层材料设计创新。针对超硬耐磨涂层和梯度涂层激光制备的工程特殊需求，研发了激光熔覆原位合成了六边形WC涂层及Cr-Ni基合金涂层关键技术，开发系列材料冶金轧辊的激光合金化工艺及粉末涂层配方，大幅提高了耐磨性;基于激光高集热相变硬化新工艺，攻克风电轴承滚道-齿面的硬化软带、硬化层深度与硬度的调控难题，实现了42CrMo风电轴承的HRC60±2、5.5-6mm硬化层深、100mm扫描宽度的相变硬化。

2.复杂型面激光焊接/熔覆工艺创新。

针对筋肋表面、非规则回转面、薄壁环形工件等复杂型面焊接需求，研发了激光振镜叠焊、激光熔钎焊、激光环形堆焊工艺及工装;

针对斜锥圆台侧壁面、管道内壁面、梯度功能涂层等熔覆需求，发明了等速椭圆轨迹激光随形路径规划、环状部件内表面硬密封层成型、管道内壁无旋转加工、光-粉耦合位置动态调控、粉末配比的实时在线调控等技术实现了汽车座椅调节器、新能源汽车接线端子、泵阀用薄壁环形部件、三偏心硬密封蝶阀等零件的复杂型面激光焊接/熔覆。

3.焊接接头/熔覆层组织应力调控创新。针对激光焊接接头/熔覆涂层的晶粒粗大和残余拉应力问题，提出了超声耦合电弧-激光复合加工新工艺，系统研究了超声耦合电弧与熔池金属作用的动力学模型与组织应力调控工艺，高强钢焊接结构韧性提高80%;提出了基于超声冲击/激光冲击波效应的激光加工表面在线后处理工艺方法，实现了焊接接头与熔覆涂层的晶粒细化与残余压应力调控，表面压应力提高260Mpa以上，其层深达1.6～1.8mm。

4.装备单元技术/集成技术创新。

针对不同工程背景对激光加工装备的结构功能要求及其高效、高精度、高可靠性的需求，开展系统结构创新、激光器参数实时可控可调、工艺集成及优化、装备及零部件高可靠性创新设计等关键技术研发。

研发出不规则工件、小型精密复杂零件的激光加工焦距测量装置、自校准双工位水平测高仪以及多种（系列）激光切割/焊接/熔覆的专用工装夹具，解决了精密复杂工件的在线定位与精确聚焦问题。

项目共授权专利26件，发表论文28篇，其中SCI收录15篇。曾获中国机械工业科学技术奖一项、温州市科学技术奖一项，项目研究成果在温州市冠盛汽车零部件集团股份有限公司、奔腾激光（温州）有限公司等100余家激光装备生产企业和高端装备制造业企业转化与成功应用。

近三年，7家主要应用单位累计销售激光加工装备2371余台套，项目完成单位直接经济效益：产值43.56亿元，新增利润2.15亿元，新增税收1.44亿元，实现出口创汇1483.72万美元;非项目完成单位应用项目成果经济效益：产值25.84亿元，新增税收0.86亿元，经济社会效益显著。

经专家鉴定，所研发的激光切割、熔覆关键技术及其系列装备整体水平达到国际先进。

该项成果对我国装备制造业的科技进步有极大的促进作用。