一、基本情况 

　　获奖项目名称:磁控技术在焊接过程中的创新应用

　　主要完成单位:中国建筑第八工程局有限公司、山东大学、中国二十二冶集团有限公司、中建八局第四建设有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司 

　　主要完成人:陈姬、张文斌、武传松、韩晓辉、高洪才、黄运昌、柳成林、刘鹏飞、王法浩、万英丽、吕洋、张晓斌、王修军、赵文博、周子皓

　　二、项目背景

　　提升熔化极气体保护焊焊接速度并同时保障焊缝质量，是实现高效优质焊接的关键目标。然而，焊接速度提升往往伴随焊缝成形问题，尤其是咬边与驼峰等缺陷频发，严重影响接头力学性能，制约了高速焊接技术的推广，成为制造业提升效率的突出瓶颈。现有工艺如特种保护气或复合热源虽可部分改善上述缺陷，却因成本高昂、参数调控复杂等问题难以广泛应用。针对这一难题，本研究提出了采用磁控技术调控熔池行为与熔滴过渡行为的新方法，通过在常规GMAW焊枪加装新型磁场发生装置，从工件正面施加新型复合磁场，既增强熔池横向铺展，又抑制后向过度流动，从而有效抑制焊接缺陷，显著提高焊接效率。该技术已成功应用于建筑钢结构、轨道交通、船舶制造及海洋工程装备等多个领域，展现出良好的推广价值和工程适用性。

　　三、创新成果 

　　（1）建立了磁控高速GMAW“电-磁-力-热”多物理场耦合的三维瞬态数值分析模型，从电磁学、流体动力学以及传热学等多学科交叉的角度，阐明了“脉冲复合磁场-电弧-熔池”间相互作用规律，揭示了外加复合磁场对电弧形态及熔池受力流动的多维度调控作用机理。

图1 GMAW磁控电弧等离子体流场仿真

　　（2）提出基于SiC器件的串联移相全桥拓扑方案，自主研发第三代双路交变励磁电源；突破系统集成关键技术，建立与现有焊接装备的高兼容性接口，研发出新型复合磁场辅助GMAW高速焊接成套装备，实现对熔池金属横向铺展与后向流动的协同调控，有效抑制高速焊接过程中的咬边与驼峰缺陷。

图2 铝合金磁控高效弧焊系统

　　（3）构建“工艺参数-磁场分布-热力行为-焊缝形貌”间的定量映射关系，系统阐明了脉冲复合磁场对焊接过程、接头组织演化及性能调控的作用机理与内在规律；针对大型构件焊接的特殊需求，建立了涵盖“励磁参数-工艺参数-变形响应-装配间隙”等多物理量的协同优化与匹配方法，为复杂工况下的高精度焊接控制提供了理论依据与工艺支撑。

图3 磁控弧焊接头成形性能调控结果

　　四、推广应用

　　成果在高速列车、烟台蓬莱国际机场、邢台国际会展中心、滨州市全民健康文化中心体育场等工程项目中得到推广应用，产生显著的经济与社会效益。