世界首套！我國自研的水下焊接原位中子衍射研究裝置投入使用
來源：科技日報 時間：2026-07-01 11:14
7月1日，我國自主研發(fā)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(biāo)志著我國在水下焊接過程中的微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物水下焊接技術(shù)的自主可控及焊接質(zhì)量提升提供科學(xué)支撐。
該裝置由華南理工大學(xué)王振民教授團隊聯(lián)合中國散裂中子源科學(xué)中心李小虎、杜文婷團隊共同研發(fā)，振海智能科技（珠海）有限公司負(fù)責(zé)制造。
水下焊接原位中子衍射研究裝置?？萍既請笥浾呷~青攝
水下焊接是核電、海上風(fēng)電、船舶、油氣管線等大型水下結(jié)構(gòu)物水下原位制造和運維的關(guān)鍵核心技術(shù)之一，是實現(xiàn)水下結(jié)構(gòu)物應(yīng)急以及永久修復(fù)的主要手段。隨著我國海洋開發(fā)的不斷深入，重大海洋基礎(chǔ)設(shè)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?！霸摲绞接捎谌狈^程數(shù)據(jù)，難以明確影響焊接質(zhì)量的具體環(huán)境變量，導(dǎo)致業(yè)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(rèn)知，長期依賴焊后離位推測?！眻F隊核心成員廖海鵬說。
針對此，團隊創(chuàng)新性提出研發(fā)水下焊接原位中子衍射研究裝置。該裝置旨在實驗室環(huán)境中構(gòu)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(huán)境，對水下焊接過程進行原位觀測?！霸挥^測，即在焊接過程中可實時監(jiān)測材料微觀結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。并在此之上，建立起從焊縫性能需求倒推工藝參數(shù)的閉環(huán)體系?！倍盼逆媒榻B。
研究團隊?？萍既請笥浾呷~青攝
經(jīng)過3年多的攻關(guān)，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(xié)同聯(lián)動等核心技術(shù)難題。團隊創(chuàng)新性地采用重水（D?O）替代清水（H?O）模擬水下環(huán)境，同時設(shè)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(xiàn)傳輸；開發(fā)出一種創(chuàng)新的原位觀測策略，可獲得不同位置、多個方向的微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律；成功將自研水下焊接裝備與工程材料譜儀精準(zhǔn)適配，構(gòu)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(yīng)力場的動態(tài)演化，首次揭示了多重復(fù)雜熱循環(huán)下水下焊接應(yīng)力-相變的實時耦合機制，可為水下焊接工藝優(yōu)化與焊縫結(jié)構(gòu)安全評估提供直接的實驗證據(jù)。
值得一提的是，研發(fā)過程中，團隊充分發(fā)揮中子衍射高穿透、高分辨的獨特優(yōu)勢，實現(xiàn)了水下焊接熔池微觀結(jié)構(gòu)演變的動態(tài)原位觀測，徹底打破了傳統(tǒng)焊后離位分析的局限，使得動態(tài)建立水下焊接“工藝-組織-性能”精準(zhǔn)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(jié)構(gòu)件的精準(zhǔn)焊接制造與修復(fù)提供了核心技術(shù)支撐，更推動了我國水下焊接從依賴經(jīng)驗的“技藝”向數(shù)據(jù)驅(qū)動的“科學(xué)”轉(zhuǎn)型。（葉青）
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