世界首套！華南理工團隊合作打造水下焊接“超級放大鏡”

7月1日，我國自主研發的、世界首套水下焊接原位中子衍射研究裝置在中國散裂中子源工程材料譜儀上投入使用，并順利完成首次水下焊接過程原位觀測實驗。這標志著我國在水下焊接過程中的微觀結構實時觀測與核心焊接機理揭示方面取得重大突破，可為大型水下結構物水下焊接技術的自主可控及焊接質量提升提供科學支撐

該裝置由華南理工大學機械與汽車工程學院王振民教授團隊聯合中國散裂中子源科學中心李小虎、杜文婷團隊共同研發，振海智能科技（珠海）有限公司負責制造。

水下焊接原位中子衍射研究裝置。科技日報記者 葉青 攝

傳統方法：焊完取樣，盲人摸象

水下焊接是核電、海上風電、船舶、油氣管線等大型水下結構物水下原位制造和運維的關鍵核心技術之一，是實現水下結構物應急以及永久修復的主要手段。隨著我國海洋開發的不斷深入，重大海洋基礎設施水下維修的重要性日益凸顯。

過去，水下焊接主要依賴“焊后取樣”方式，即在水下完成焊接后截取樣本返回實驗室檢測。“該方式由于缺乏過程數據，難以明確影響焊接質量的具體環境變量，導致業界對水下焊縫組織演化、裂紋萌生、形變失效等‘黑箱’問題的認知，長期依賴焊后離位推測。”團隊核心成員廖海鵬說。

正因為如此，業界急需一個能“看穿”水下焊接過程的神器。

“超級放大鏡”：從焊后推測到實時直播

針對此，團隊創新性提出研發水下焊接原位中子衍射研究裝置。該裝置旨在實驗室環境中構建一個具備強穿透能力的“超級水下放大鏡”，通過模擬真實的海洋水下環境，對水下焊接過程進行原位觀測。“原位觀測，即在焊接過程中可實時監測材料微觀結構的動態變化。并在此之上，建立起從焊縫性能需求倒推工藝參數的閉環體系。”杜文婷介紹。

研究團隊。科技日報記者 葉青 攝

經過3年多的攻關，團隊先后攻克極端工況水下焊接制造、原位焊接裝置與大型譜儀協同聯動等核心技術難題。團隊創新性地采用重水（D?O）替代清水（H?O）模擬水下環境，同時設計了一種中子束入射通道，讓中子束得以在無水體干擾的路徑中實現傳輸；開發出一種創新的原位觀測策略，可獲得不同位置、多個方向的微觀結構演化規律；成功將自研水下焊接裝備與工程材料譜儀精準適配，構建起國際首套水下焊接原位研究裝置。

王振民表示，該裝置聚焦水下焊接過程中微觀組織與殘余應力場的動態演化，首次揭示了多重復雜熱循環下水下焊接應力-相變的實時耦合機制，可為水下焊接工藝優化與焊縫結構安全評估提供直接的實驗證據。

值得一提的是，研發過程中，團隊充分發揮中子衍射高穿透、高分辨的獨特優勢，實現了水下焊接熔池微觀結構演變的動態原位觀測，徹底打破了傳統焊后離位分析的局限，使得動態建立水下焊接“工藝-組織-性能”精準映射模型成為可能。該研究成果不僅為大尺寸、高性能水下結構件的精準焊接制造與修復提供了核心技術支撐，更推動了我國水下焊接從依賴經驗的“技藝”向數據驅動的“科學”轉型。

該成果得到了科技日報、中國科學報等多家媒體報道。

黨委宣傳部（融媒體中心）

信息來源：科技日報、中國科學報

微信編輯：鮑恩

初審：冀早早

復審：盧慶雷

終審：夏正林

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