我国自研水下焊接原位中子衍射装置投用

IT之家7月1日讯，我国自主研发的世界首套水下焊接原位中子衍射研究装置今日在中国散裂中子源（CSNS）工程材料谱仪上正式投入使用，并顺利完成首次水下焊接过程原位观测实验。这一突破性成果标志着我国在水下焊接领域迈入国际领先行列，为重大海洋基础设施的精准制造与安全运维提供了全新技术手段。

该装置由华南理工大学王振民教授团队联合中国散裂中子源科学中心李小虎、杜文婷团队共同研发，振海智能科技（珠海）有限公司负责制造。水下焊接作为核电、海上风电、船舶、油气管线等大型水下结构物制造与运维的关键核心技术，其质量直接影响着设施的安全性和使用寿命。然而，长期以来，水下焊接主要依赖“焊后取样”方式，即在水下完成焊接后截取样本返回实验室检测，这种方式因缺乏过程数据而难以明确影响焊接质量的具体环境变量，导致业界对水下焊缝组织演化、裂纹萌生、形变失效等问题的认知长期依赖焊后离位推测，存在诸多“黑箱”问题。

针对这一瓶颈，研发团队创新性地提出构建水下焊接原位中子衍射研究装置的概念。该装置旨在实验室环境中模拟真实海洋水下环境，通过中子束穿透能力对水下焊接过程进行原位观测，实时监测材料微观结构的动态变化，并在此基础上建立起从焊缝性能需求倒推工艺参数的闭环体系。

经过三年多的技术攻关，团队先后攻克了极端工况水下焊接制造、原位焊接装置与大型谱仪协同联动等核心技术难题。具体而言，团队创新性地采用重水（D₂O）替代清水（H₂O）模拟水下环境，同时设计了一种中子束入射通道，让中子束得以在无水体干扰的路径中实现传输；开发出一种创新的原位观测策略，可获得不同位置、多个方向的微观结构演化规律；成功将自研水下焊接装备与工程材料谱仪精准适配，构建起国际首套水下焊接原位研究装置。

王振民教授表示，该装置聚焦水下焊接过程中微观组织与残余应力场的动态演化，首次揭示了多重复杂热循环下水下焊接应力-相变的实时耦合机制，可为水下焊接工艺优化与焊缝结构安全评估提供直接的实验证据。研发过程中，团队充分发挥了中子衍射高穿透、高分辨的独特优势，实现了水下焊接熔池微观结构演变的动态原位观测，彻底打破了传统焊后离位分析的局限，使得动态建立水下焊接“工艺-组织-性能”精准映射模型成为可能。

该研究成果不仅为大尺寸、高性能水下结构件的精准焊接制造与修复提供了核心技术支撑，更推动了我国水下焊接从依赖经验的“技艺”向数据驱动的“科学”转型。随着我国海洋开发不断深入，重大海洋基础设施水下维修的重要性日益凸显，该装置的成功应用将显著提升我国在海洋工程领域的自主创新能力，为保障国家能源安全和海洋资源开发提供强有力的技术支持。