近日，上海市公布了提名2018年度国家科学技术奖项目，其中由华东理工大学、上海交通大学、山能重装大族再制造有限公司联合完成的“基于残余应力调控的大型构件激光涂层与焊接制造技术及设备创新”项目拟申报2018年度国家技术发明奖。

激光制造技术，被认为是引领第三次工业革命的核心制造技术之一。但是残余应力是激光制造的共性问题，导致激光制造过程中易于开裂和成形困难。对于实验室规模的试样或小型构件，通常可采用整体热处理来降低残余拉应力。但是整体热处理一般无法应用于大尺寸、大曲面和大厚度的大型工程构件。项目组成员历时十年，在国际科技合作项目、国家自然科学基金重点项目等一批项目的支持下，围绕大型构件激光表面合金化与焊接两大类关键制造技术，从残余应力调控理论源头创新入手，提出制造过程中原位调控残余应力和变形的手段和方法，解决了开裂和变形难题；继而发展了系列成套装备，推进工程应用。

该项目有四个关键技术发明点：发明点1，激光制造残余应力计算方法与调控理论。建立了激光制造过程中，冶金—温度—应力多场耦合作用下残余应力和变形本构模型及有限元算法，界定了凝固过程和冷却过程对残余应力与局部变形的作用机制。量化了残余应力对涂层或焊接结构起裂的影响规律，为加工工艺研发提供理论支撑。

发明点2，强韧均衡复合涂层激光原位制造技术。提出涂层凝固过程中原位合成增强、增韧相的残余应力调控思想，发明了5类激光氮化或熔覆复合涂层及均匀搭接成形控制方法，从根本上解决了激光表面硬质涂层易开裂难题。

发明点3，中厚板、长线程激光焊接精准成形技术。针对成形能力保障和残余应力消减两大激光焊接瓶颈难题，提出热源集中控制保障成形和蠕变应力释放调控残余应力的创新思路，实现了高强钢等4类材料中厚板的长线程、无开裂焊接。

发明点4，系列数字化加工装备研发。基于残余应力和变形调控的技术方法创新，通过发明构件三维形貌扫描与重构、位置偏差识别等系列工艺方法，研发激光表面合金化与焊接5类数字化加工装备，将成形误差控制在0.2mm范围内。

该项目先后荣获国际焊接学会Henry Granjon奖、上海市科技进步一等奖、中国机械工业联合会科技进步一等奖、教育部科技奖青年科学奖等奖励。授权美国专利1项、中国发明专利26项、实用新型专利3项。发表学术论文87篇。培养博士生、硕士生共42名，成员入选国家杰青、优青、青年拔尖、青年长江等人才计划，推动了表面工程、再制造工程和焊接学科的进步。

成果应用于国防、航天、核电、冶金、矿山、汽车、造船等7个领域关键构件的设计、制造与再制造环节。（1）支持了核电汽轮机钛合金和不锈钢叶片的抗冲蚀设计与制造。上海汽轮机厂的应用表明：所研制的复合涂层是钛合金的4倍，具有抗冲蚀、抗氧化和抗疲劳三重性能，突破了Siemens公司的技术封锁；（2）支持了航天、国防、核电、冶金、造船等设备的焊接制造，并形成专用装备。如沪东中华造船的应用实施表明：主要技术指标达到国际先进水平。焊接厚度10mm，焊缝跟踪精度小于0.2mm，单次焊缝长度6m。研制出我国首台舰船制造专用激光焊接装备，1次合格率100%，填补国内空白；（3）支持了冶金、矿山、汽车等设备大型构件的再制造。建成了冶金、矿产及汽车部件再制造的3条生产示范线，向山能重装等3家企业输出装备20台套。年均完成了10000余件采煤机液压支架、8000台发动机缸体、6000余件大型轧辊、13000余件电机轴及9000余件不同尺寸的齿轮等一大批报废部件的再制造。（涂界）