2024年度山东省科技进步奖提名公示

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2024年度山东省科技进步奖提名公示

作者:檀财旺审核：钟博发布时间：2024年05月21日

一、项目名称

高速列车关键承载部件激光-电弧复合焊接成套工艺及装备

二、提名者：青岛市科学技术局

提名意见:

中车四方股份一贯秉持科技创新助力中国轨道交通跨越式发展的理念，《高速列车关键承载部件激光-电弧复合焊接成套工艺及装备》项目开发超大光斑激光与高能变极性电弧耦合、磁场辅助+活性剂诱导调控复合焊缝成型的新型激光-电弧复合焊接技术，围绕工程方法创新、成套装备研制、服役性能评价三方面，解决了高速列车关键承载部件制造精度低、焊接控制难、服役性能待提高的工程难题，创建了完整的激光-电弧复合焊接技术体系并形成了产业化能力，技术成果整体达到国际领先水平，实现了在复兴号动车组、印尼雅万高铁、香港及芝加哥地铁列车的工业化应用，以及在时速140公里下一代地铁及时速600公里高速磁浮列车中的开创性应用，在轨道交通高端装备制造领域起到了重要的引领示范作用。

经审核，确认该项目的提名材料的内容属实，申报单位与项目完成人员的排序无误；经在项目完成单位和提名单位公示无异议。

提名该项目为2024年度山东省科学技术进步奖二等奖。

三、项目简介

1、立项背景

高速列车是中国制造的亮丽名片，是交通强国战略的重要支撑。解决高速及复杂环境下的安全、可靠及舒适性问题，持续提升车辆的强度、精度、轻量化、耐蚀性、气密性及抗疲劳能力，是行业亟需攻克的重大难题。随着国家CR450科技创新工程等重大项目的实施，列车材料应用更加多元，连接难度不断增大，电弧焊技术存在的接头软化、残余应力大、气孔率高、未熔合等问题更加突出。面向当前车辆材料，弧焊技术已无法满足连接需求；面向未来轻量化材料，缺乏高可靠、一体化连接手段，亟需开发新的焊接技术。

项目立足轨道交通行业发展新要求，基于新一代高铁产品升级面临的新问题，面向铝合金车体、高强钢构架两大核心部件，围绕工程方法开发、成套装备研制、技术体系构建三方面，创新激光-电弧复合焊接成套关键技术，突破传统焊接的服役性能、寿命与可靠性的瓶颈，业内率先实现了激光-电弧复合焊接技术在轨道交通领域的工程化应用。

2、技术创新

1）开发了高强、轻质、合金化材料高性能激光-电弧复合焊接系列工艺方法；首创了超大光斑激光与高能变极性电弧耦合调控、外加磁场辅以活性剂诱导焊缝根部成型新方法，揭示了多能场叠加、多参量耦合作用机理及其与接头形貌、组织及性能的影响规律。2）攻克了大型构件柔性化精密组装、高可靠连续焊接、智能化精细检测成套装备技术；开发了精密定位、柔性装夹、焊装一体、空间易达、随动转序的大型组焊工装，研制了集激光清洗、焊接、检测多功能一体的大型复合焊接系统，形成了超大光斑全自动变焦、长距离高速焊接稳定性控制、多参量耦合闭环调控、大间隙自适应补偿填丝等关键技术。3）提出了高速列车复合焊接结构设计、工艺调控和质量评价方法并构建技术标准体系；形成了工艺优先-形性协同-工况适应的复合焊接结构设计准则和工艺技术规范，提出了涵盖组织-缺陷-应力—变形-性能的多维质量评价方法，满足列车超高速、高强度的轻量、气密及承载要求。

3、技术成果

项目授权发明专利42件、软件著作权5件；获得中国专利银奖2项，入选铁路重大科技成果3项；发表EI/SCI论文45篇；制定国际标准1项、国家标准1项。

4、技术指标

通过项目实施，车辆制造精度提升3倍，疲劳强度提高30%，残余应力降低50%，实现了整车无调修焊接，综合制造成本降低10%，推动了高速列车制造革命和产品升级换代。技术成果整体达到国际领先水平。

5、应用推广及效益情况

通过项目实施，完成了复兴号高铁、香港及芝加哥地铁、下一代地铁及时速600km高速磁浮列车共计3284辆列车的工业化生产，在轨道交通高端装备制造领域起到了重要的引领、示范作用。近两年新增销售额64.19亿元，新增利润8.98亿元。

四、主要知识产权和标准规范等目录

知识产权（标准）类别	知识产权（标准）具体名称	国家（地区）	授权号（标准编号）	授权（标准发布）日期	证书编号（标准批准发布部门）	权利人（标准起草单位）	发明人（标准起草人）	发明专利（标准）有效状态	第一完成人是否为发明人（标准起草人）	第一完成单位是否为权利人（标准起草单位）
发明专利	一种梁结构以及梁结构的复合焊接方法	美国	US10730145B2	2020.08.04	US010730145B2	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	韩晓辉赵延强刘永刚刘龙玺陶传琦方喜风高瑞全	有效	是	是
发明专利	复合焊连续焊接方法及装置、焊接成品、车体	中国	ZL201910277678.7	2020.09.04	3971175	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	韩晓辉毛镇东高月欣郑凯李刚卿	有效	是	是
国家标准	激光-电弧复合焊接推荐工艺方法	中国	GB/T37893-2019	2019.08.30	国家市场监督管理总局; 中国国家标准化管理委员会	哈尔滨焊接研究院有限公司; 中车青岛四方机车车辆股份有限公司; 广州特种承压设备检测研究院; 福建省工业设备安装有限公司	腾彬王旭友李茂东韩晓辉朴东光苏金花雷振范志忠李刚卿毛镇东	发布	是	是
发明专利	激光叠焊装置及其焊接方法	日本	7371222	2023.8.20	7371222	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	韩晓辉马国龙张志毅毛镇东	有效	是	是
发明专利	间隙焊接方法及装置	中国	ZL201711051025.4	2020.04.14	3753853	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	韩晓辉梁文建张志毅叶结和王素环	有效	是	是
发明专利	一种激光-GMA电弧复合热源填丝焊的方法	卢森堡	LU102262	2021.06.07	LU102262	哈尔滨焊接研究院有限公司	雷振徐富家徐良杨海锋王旭友张彦东陈晓宇李洪伟	有效	否	否
发明专利	一种稳定激光深熔焊接匙孔的电磁发生装置及方法	中国	ZL202110830979.5	2022.07.26	5337731	哈尔滨工业大学（威海）	檀财旺刘福运吴来军陈波宋晓国	有效	否	否
发明专利	磁辅助焊接装置及焊接方法	中国	ZL202010911455.4	2022.02.15	4936392	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	韩晓辉徐野李刚卿叶结和刘勇	有效	是	是
发明专利	一种超声场耦合激光-MIG共熔池铝合金焊接技术	中国	ZL201510173662.3	2017.03.01	2403018	西南交通大学	朱宗涛陈辉李远星苟国庆	有效	否	否
发明专利	光丝间距调节系统及其调节方法	中国	ZL202210003094.2	2023.10.31	6442452	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	马寅韩晓辉马国龙田仁勇吴坚商浩	有效	是	是

五、主要完成人情况

姓名	韩晓辉	排名	1
技术职称	正高级工程师	行政职务	首席工艺师
工作单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	完成单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司
对本项目技术创造性贡献：
项目负责人，负责项目总体思路搭建，设计了项目总体技术方案，提出了项目技术路线，主持项目的总体研究工作。对主要科技创新中的创新点1.2.3做出了创造性贡献。其是附件1、2、4、5、8、10专利的发明人，附件3国家标准的起草人之一。

姓名	张志毅	排名	2
技术职称	正高级工程师	行政职务	副总经理
工作单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	完成单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司
对本项目技术创造性贡献：
项目组核心成员，负责制定碳钢转向架构件激光-电弧复合焊接方法总体方案，搭建了转向架构架自动化焊接生产线，参与制定了激光-电弧复合焊接工艺规程。对主要科技创新中的创新点2.3做出了创造性贡献。其是附件4、5专利的发明人。

姓名	宋晓国	排名	3
技术职称	教授	行政职务	院长
工作单位	哈尔滨工业大学（威海）	完成单位	哈尔滨工业大学（威海）
对本项目技术创造性贡献：
项目组成员，开展了激光复合焊能量密度和热源耦合顺序的变化规律研究，揭示了激光-电弧复合焊接热源顺序的耦合机理。对主要科技创新中的创新点1、2做出了创造性贡献。其是附件7专利的发明人。

姓名	方喜风	排名	4
技术职称	正高级工程师	行政职务	部长
工作单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	完成单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司
对本项目技术创造性贡献：
项目组核心成员，负责制定时速600公里高速磁浮等产品车体铝合金激光-电弧复合焊接方法开发方案，提出了铝合金激光-电弧复合焊接技术思路并组织实施。对主要科技创新中的创新点2、3做出了创造性贡献。其是附件1专利的发明人。

姓名	雷振	排名	5
技术职称	研究员	行政职务	总经理
工作单位	中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司	完成单位	中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司
对本项目技术创造性贡献：
项目组核心成员和子项目负责人，负责研制国产激光-电弧复合焊成套装备，参与并提出激光-电弧复合焊系列工艺方法。对主要科技创新中的创新点2、3做出了创造性贡献。其是附件3国家标准的起草人之一，是附件6专利的发明人。

姓名	马寅	排名	6
技术职称	高级工程师	行政职务	无
工作单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	完成单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司
对本项目技术创造性贡献：
项目组成员，负责高速磁浮铝合金车体、复兴号碳钢构架等产品激光-电弧复合焊接方法开发方案的实施，制定了铝合金车体侧墙、车顶、碳钢侧梁焊接工艺规程。对主要科技创新中的创新点1、2做出了创造性贡献。其是附件10专利的发明人。

姓名	朱宗涛	排名	7
技术职称	教授	行政职务	院长助理
工作单位	西南交通大学	完成单位	西南交通大学
对本项目技术创造性贡献：
项目组成员，负责多源多场耦合大功率激光焊接工艺开发，以及气孔和组织性能调控技术研究。对主要科技创新中的创新点1、2做出了创造性贡献。其是附件9专利的发明人。

姓名	李刚卿	排名	8
技术职称	正高级工程师	行政职务	副部长
工作单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	完成单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司
对本项目技术创造性贡献：
项目组核心成员，负责制定下一代地铁高强不锈钢构件激光-电弧复合焊接方法总体方案，提出了牵引梁等产品焊接成套工装的设计和实施方案，参与制定了激光-电弧复合焊接工艺规程。对主要科技创新中的创新点2、3做出了创造性贡献。其是附件2、8专利的发明人、附件3国家标准的起草人之一。

姓名	马国龙	排名	9
技术职称	高级工程师	行政职务	无
工作单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	完成单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司
对本项目技术创造性贡献：
项目组成员，建立铝合金车体、不锈钢牵引梁等产品激光-电弧复合焊热源模型，开展关键构件结构仿真计算，制定焊接工艺流程及规程。对主要科技创新中的创新点1、2做出了创造性贡献。其是附件4专利的发明人。

姓名	毛镇东	排名	10
技术职称	工程师	行政职务	无
工作单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司	完成单位	中车青岛四方机车车辆股份有限公司
对本项目技术创造性贡献：
项目组成员，负责高速磁浮铝合金车体等产品激光-电弧复合焊接方法开发方案的实施，开展激光-电弧复合焊缝性能试验，开发典型结构疲劳试验方法和装置。对主要科技创新中的创新点2、3做出了创造性贡献。其是附件2、4专利的发明人、附件3国家标准的起草人之一。

六、主要完成单位情况

单位名称

中车青岛四方机车车辆股份有限公司

排名

对本项目科技创新和应用推广情况的贡献：

中车青岛四方机车车辆股份有限公司积极开展激光-电弧复合焊接技术的工程化应用研究，提升了高速列车大型复杂构件的强度、精度及轻量化水平，推动了列车制造的技术革命和产品升级换代。项目基于不锈钢、碳钢、铝合金车辆的结构特点、工艺流程、质量要求、载荷工况及服役环境，完成了基础研究、工程开发以及配套技术的创新，形成了激光-电弧复合焊制造工艺体系和质量评价方法。先后研制出复兴号中国标准动车组、香港及芝加哥地铁、下一代地铁及时速600公里高速磁浮列车等激光-电弧复合焊车辆，创新了一系列的核心技术成果，形成产业化能力，填补了国内外行业空白，达到国际先进水平。通过项目实施，实现了激光-电弧复合焊技术在复兴号列车、印尼雅万高铁、香港及芝加哥地铁的批量应用，取得了巨大的经济效益。公司在该项目试验、调试及验证过程中，提供了场地、人力、物力及技术支持，保证了项目的顺利进行。

单位名称	中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司	排名	2
对本项目科技创新和应用推广情况的贡献：
中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司创新性地研制了大型龙门机器人激光-电弧复合焊接成套系统，并在国内率先掌握了大型铝合金、不锈钢、高强钢结构件激光-电弧复合焊接关键核心工艺，国内首次实现了该类装备的国产化，填补了行业空白；支撑了激光-电弧复合焊接在复兴号列车、时速600公里高速磁浮等高速列车关键承构件中的工程化应用，形成了国际及国家标准。

单位名称	西南交通大学	排名	3
对本项目科技创新和应用推广情况的贡献：
阐明大功率激光与焊丝、空间气氛交互作用、熔滴过渡、熔池与匙孔行为机理，建立大功率激光焊接特征的非平衡冶金调控准则；提出基于空间气氛、光束摆动、光/弧脉冲匹配等光场/能场协同的稳定性调控新方法；提出超声耦合复合焊接工艺新方法，突破低应力小变形、高强韧激光焊接关键工艺技术。

单位名称	哈尔滨工业大学（威海）	排名	4
对本项目科技创新和应用推广情况的贡献：
哈尔滨工业大学（威海）开展基于磁场辅助的激光-电弧复合焊接、激光-电弧热源顺序的耦合机理及熔池特性应用理论基础、异质材料激光-电弧复合焊接技术开发等研究，揭示了其物理本质和能量传输与耦合的基本规律，突破了钢/铝、钛/铝及金属/复材（CFRTP）等异质难焊组合激光-电弧复合焊接关键技术，实现了长大部件高速、稳定焊接，为CR450下一代高铁等大型复杂构件新工艺开发和核心装备研制提供重要的理论支撑，推进激光-电弧复合焊接技术产业化应用。

创建者：戚静雯