科技日报记者 叶青

7月1日，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在中国散裂中子源工程材料谱仪上投入使用，并顺利完成首次水下焊接过程原位观测实验。这标志着我国在水下焊接过程中的微观结构实时观测与核心焊接机理揭示方面取得重大突破，可为大型水下结构物水下焊接技术的自主可控及焊接质量提升提供科学支撑。

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。

水下焊接是核电、海上风电、船舶、油气管线等大型水下结构物水下原位制造和运维的关键核心技术之一，是实现水下结构物应急以及永久修复的主要手段。随着我国海洋开发的不断深入，重大海洋基础设施水下维修的重要性日益凸显。

过去，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。“该方式由于缺乏过程数据，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‘黑箱’问题的认知，长期依赖焊后离位推测。”团队核心成员廖海鹏说。

针对此，团队创新性提出研发水下焊接原位中子衍射研究装置。该装置旨在实验室环境中构建一个具备强穿透能力的“超级水下放大镜”，通过模拟真实的海洋水下环境，对水下焊接过程进行原位观测。“原位观测，即在焊接过程中可实时监测材料微观结构的动态变化。并在此之上，建立起从焊缝性能需求倒推工艺参数的闭环体系。”杜文婷介绍。

经过3年多的攻关，团队先后攻克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。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。

值得一提的是，研发过程中，团队充分发挥中子衍射高穿透、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。

世界首套！我国自研的水下焊接原位中子衍射研究装置投入使用