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上海光机所杨上陆:国产电镜助力激光制造技术创新

发布:国仪量子技术(合肥)股份有限公司
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希望能够跟国内外企业协同创新,共同打造更加先进的高端装备,从而更快地推动我们在应用基础研究及技术开发上的发展——中国科学院上海光学精密机械研究所研究员 杨上陆



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焊接,是连接金属材料的重要方式。从最初的电弧焊接到今天的激光焊接,每一次焊接技术的革新,都绘就了现代工业文明的壮丽画卷。

图片来源:摄图网



持续创新,为中国激光制造技术添砖加瓦



近年来,随着新能源汽车、航空航天等领域对轻质高强度材料的需求不断增长,传统的材料焊接技术已无法满足业界需求。中国科学院上海光学精密机械研究所作为我国建立最早、规模最大的激光专业研究所,设立了激光智能制造研发中心,重点深耕激光焊接、激光精密制造、激光增减材制造、激光冲击强化等核心器件开发、关键工艺的突破和高端装备的研发。

中心负责人杨上陆研究员介绍:“我们团队主要围绕轻量化、高性能材料先进激光制造技术的研发,努力构建新材料-新工艺-新装备-新结构之间的新的技术体系,注重应用基础研究、知识产权布局和技术转移转化相结合,坚持通过创新为社会创造价值的理念。近年来,在铝硅涂层热成型钢激光填丝焊接、铝合金电阻点焊、异质材料连接等领域取得了突破”。

“牛顿环”铝合金电阻点焊技术攻克了几十年的行业难题,可实现板材、型材、铸铝等铝合金材料的高质量焊接。自2023年起,该技术已应用于吉利、极氪、路特斯等品牌汽车的制造中,也应用在宁德时代、威唐等企业的储能产品,在半导体行业也实现了应用。

针对新能源汽车轻量化关键轻量化材料之一的铝硅涂层热成型钢,团队打破了该材料激光焊接技术长期被垄断的局面,实现了不同强度级别、不同涂层厚度和不同供应商材料的“多合一”一体化解决方案。从用户反馈来看,该技术不仅提升了生产效率,也大幅降低了制造成本,提升了制造利润。2023年9月开始,该技术已在多家汽车公司应用。



从电极材料制造到失效分析,国仪电镜服务创新全流程



为观察焊接接头微观组织及形貌和接头失效分析,通过机理的理解来指导先进焊接工艺开发与改进,激光智能制造研发中心于2022年通过公开招采,引进了国仪量子研制的场发射扫描电镜SEM5000

从材料到制造,再到最终产品性能分析的全过程,都离不开对产品微观结构的检测。传统光学方法无法观测微观细节,因此必须借助扫描电镜来深入分析内部微观组织。“扫描电镜不仅是我们团队每天必须使用的重要工具,更是推动科研创新的强大利器。” 杨上陆说,“它极大加快了我们的研发步伐。”

激光智能制造研发中心博士后张家志介绍:“团队通过国仪量子的扫描电镜,对高强钢、铝合金、铜合金、钛合金等材料的焊接接头和失效断口进行组织分析和元素分析。找出断裂机理,指导工艺优化和改进。在‘牛顿环’铝合金电阻点焊技术和铝硅涂层热成型激光焊接技术开发研究过程中,我们也广泛使用了国仪量子扫描电镜,分析接头微观组织和失效断口。国仪量子扫描电镜为“牛顿环”电阻点焊工艺优化和电极改进以及铝硅涂层激光焊接技术开发提供了重要依据。”





与国产品牌协同创新,实现自主可控,推动技术升级 



牛顿环、盘古界、昆仑镜......激光智能制造研发中心团队的工程师们为他们自主研发的多项技术装备赋予了独特的称谓。杨上陆介绍:“铝合金电阻点焊技术之所以取名“牛顿环”,是因为这项技术所发明的电极形状与光学上的“牛顿环”图样相似,我们想传承牛顿为人类社会进步所做出伟大贡献的科学精神,所以取名为牛顿环。随着新技术、新成果的不断涌现,我们希望这些成果能够建立起属于国人的品牌符号,也就有了盘古界、昆仑镜这些富有传统文化特色的名称。”

从产品命名到科研创新,对自主可控的追求贯穿了团队上下。杨上陆说:“实验室仪器装备至关重要。中心希望通过与国内企业的合作,实现高端分析仪器设备的自主可控,拥有自主品牌,形成先进装备与制造技术的良性互促,从而加速科技自主创新,推动制造业高质量发展。扫描电镜对我们这个领域非常重要,我们也希望能够自主可控。”

自主可控、用户友好是国仪量子扫描电镜的重要优势。“国仪量子的扫描电镜界面更加人性化,操作简单,即使是没有扫描电镜基础的人员,经过短时培训就可以很快上手。”张佳志说,“而且分辨率和探测器性能都非常优秀,与进口电镜相当,但中文界面和操作更加友好。”他还很赞赏国仪量子的售后服务,“只要有需求,基本能在24小时内得到高效响应和解决。”



国产新能源汽车的不断发展,背后是无数中国科研人的智慧与汗水,是牛顿环、盘古界、昆仑镜等自主创新技术的推广与应用,也是国仪量子等国产科学仪器厂商的执着与坚守。未来,随着更多国产技术装备的突破,先进装备与制造技术必将实现良性互促,推动产业发展升级。



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