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正式投用，并成功完成首次水下焊接过程原位观测实验。此举标志着我国在水下焊接微观结构实时观测及核心机理揭示方法方面取得重大突破，推动水下焊接从依赖经验的“技艺”向数据驱动的“科学”迈出关键一步。
水下焊接原位中子衍射研究装置。研究团队供图，下同水下焊接是核电站、海上风电、船舶、油气管线等大型水下结构物原位制造和应急修复的关键技术。随着我国海洋开发战略向纵深推进，重大海洋基础设施的水下维修需求日益增长。然而，长期以来，水下焊接研究主要依赖“焊后取样”离位检测——即在水下完成焊接后截取样本，返回实验室分析。
“传统方式缺乏过程数据，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，长期依靠焊后离位推测。”团队核心成员、华南理工大学博士后廖海鹏指出，这如同“盲人摸象”，只见结果、不见过程，严重制约了水下焊接质量的提升。
研发团队在水下焊接原位中子衍射研究装置现场。针对这一瓶颈，华南理工大学教授王振民团队联合散裂中子源科学中心特聘研究员李小虎、高级工程师杜文婷团队，以及振海智能科技（珠海）有限公司，创新提出研发水下焊接原位中子衍射研究装置。该装置旨在实验室中构建一个具备强穿透能力的“超级水下放大镜”，模拟真实海洋水下环境，对焊接过程进行实时观测。
“原位观测，即在焊接过程中实时监测材料微观结构的动态变化，明确微观组织与残余应力场的动态演化，最终建立起从焊缝性能需求倒推工艺参数的闭环体系。”杜文婷说。
经过3年多攻关，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。中子衍射技术虽具高穿透、高分辨优势，但应用于水下焊接极端环境面临诸多挑战。为解决水体对中子束流的干扰，团队创新采用重水替代清水模拟水下环境，并精心优化中子束入射通道，确保束流在无水体干扰路径中传输。同时，团队提出新型原位观测策略，可获得不同位置、多个方向的微观结构演化规律，最终将自研水下焊接装备与工程材料谱仪精准适配，建成国际首套水下焊接原位研究装置。
研发团队正在分析原位中子衍射测试结果。王振民表示，该装置彻底打破了传统焊后离位分析的局限，通过分析水下焊接过程中微观组织与残余应力场的动态演化，能够揭示多重复杂热循环下水下焊接应力-相变的实时耦合机制，使动态建立水下焊接“工艺-组织-性能”精准映射模型成为可能，可为水下焊接工艺优化与焊缝结构安全评估提供了前所未有的直接实验证据。
该装置的成功研制，是大科学装置与产业需求深度融合的典范，对我国高端装备制造领域意义深远。它不仅为大尺寸、高性能水下结构件的精准焊接制造与修复提供核心技术支撑，更标志着我国在水下焊接核心机理研究领域从“跟跑”迈向“领跑”。
“随着这一‘科学利器’投用，我国核电、海工等关键领域的水下焊接技术将加速从依赖‘老师傅经验’的传统模式，向数据驱动、机理清晰的现代化模式转型，为铸就更多‘大国重器’奠定坚实的科学基础。”王振民说。
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