陆皓：“焊接数值模拟”世界的行者

本刊记者 宋 洁

交大与法国液化空气科技合作

焊接是在高温或高压条件下，使用焊接材料（焊条或焊丝）将两块或两块以上的母材（待焊接的工件）连接成一个整体的操作方法。焊接不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而已广泛应用于机械制造、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术等部门。上海交通大学材料科学与工程学院陆皓教授潜行在这一领域20余载，取得了一定的成果。陆皓沉淀着谦稳的气度，对他来说，事业不仅是一份眷恋，更是一份信仰。

投身焊接，结出硕果

陆皓1987年毕业于上海交通大学材料科学与工程系焊接专业，本科毕业后继续攻读硕士学位，1990年2月硕士毕业后留校任教。工业化社会的快速发展敦促焊接技术的更新换代，当时我国的焊接能力仍然存在许多薄弱的环节，这也坚定了陆皓有一番作为的决心，思虑之后他决定继续深造，师从中国焊接数值模拟开拓者汪建华教授，在日本大阪大学接合所进行焊接数值模拟的研究，并于2000年2月顺利获得材料学博士学位。多年的理论学习为陆皓今后的大展拳脚打下了坚定地基础。

目前，大多数的焊接或其它热加工变形及应力数值仿真主要基于热弹塑性计算，材料的性能随温度变化。相变是钢结构热加工变形中的微观过程，它对于热加工结构的变形与应力作用不容忽视。陆皓将相变行为考虑进焊接结构的变形与应力预测中，取得了突出的成果。实现了高强钢、耐热钢焊接残余应力的预测，并将计算模型应用到三峡升船机齿条的感应淬火，为感应淬火工艺的优化和齿根淬火开裂的防止提供了理论指导。传统的热弹塑性方法尽管计算精度高，但耗时长，很难及时为工程设计提供有效帮助。基于此问题，陆皓及团队提出了残余应变有限元法进行大型复杂结构焊接变形工程预测，为大量工程提供了理论指导，关于复杂结构高精度焊接变形有限元预测技术得到了国家自然科学基金的资助。

微连接接头的可靠性问题随着焊料无铅化的推进，成为近十年中的热点研究问题。自2004年以来，陆皓及团队着手研究微焊点组织和性能的多尺度模拟技术。探讨了微焊点的界面反应，集中分析不同焊料成分对界面产物及缺陷的影响，电迁移、热老化过程中界面相的形成与演变、缺陷的形成与扩展等。与此同时，借助纳尺度模拟方法及多物理场模拟技术，对物相、缺陷等相关的形成机理进行了阐释，在国际期刊上发表了十余篇高水平论文，为世界焊接技术的发展留下“中国足迹”。

交大与东京计装科技合作

精益求精，勇于创新

焊接残余应力与变形在高精度、高安全性结构制造中，是必须重视的关键因素之一，特别是随着高强度钢的推广应用，对应力与变形的预测需求越来越突出。陆皓及团队长期从事焊接结构残余应力与变形的理论研究与测试工作，曾获得多项国家自然科学基金的资助，如“低合金高强钢焊接过程固态相变力学行为研究”、“复杂结构高精度焊接变形预测技术”、“考虑热效应的柔性多体系统动力学建模理论和实验研究”、“基于粘弹塑性理论局部焊后热处理新的评价标准研究”。科研组在做科研的同时也与企业保持密切的合作，陆皓作为主要负责人应用焊接模拟技术为日本大金空调公司解决当前空调焊接方面的问题以及提供技术储备，至今已完成了7项课题，并两次获得大金方面颁发的“成果奖”。从2010年开始，科题组与东京计装、法国液化空气等国外公司开展了联合研究，至今也分别完成了3个项目，出色的技术成果让外国企业刮目相看，至今双方仍保持密切的合作。

在国内，陆皓及团队毫不懈怠，加快了研究步伐，大力发展焊接数值模拟技术，丰富传统的焊接数值模型，与上海宝钢集团公司开展了“多丝埋弧焊热源模型与温度场预测技术”项目研究，提出了反演算法与智能优化算法的热源模型参数预测模型，通过对焊接温度场的预测，实现焊接工艺参数的优化，实现了多丝埋弧焊的工艺试验指导。与上海江南造船（集团）有限公司开展了“船体结构焊接变形预测系统”项目研究，发展了固有应变理论，实现了船体结构焊接中角焊缝引起的局部“鱼骨状”变形的预测，为甲板等船体结构的工艺优化提供了指导。此外，奉行科研服务于社会的宗旨，团队数年来一直与上海电气集团旗下公司、中国船舶工业集团公司第708研究所、上海航天设备有限公司等企业展开科研业务合作，为企业的产品设计、规范制订、生产制造提供技术支持，解决实际问题，这为社会带来了一定的社会经济效益。

挑战自我，翻新篇章

已经为社会带来巨大效益的陆皓及团队并未裹足不前，多年从事焊接过程的计算机模拟工作，让陆皓在焊接应力应变、材料相变与组织预测、多场耦合等数值模拟领域等方面积累了丰富的经验。目前，陆皓在镍基焊接材料失延裂纹领域和组合建模方法及其在焊接力学分析中的应用领域进行新的探索。陆皓及团队对690镍基合金焊材FM 52和600镍基合金焊材FM 82的DDC敏感性和形成机制进行了试验研究，发现FM 82所焊试样在1100℃作用4%变形量后可以清晰的看到高温失延裂纹大多起源于三叉晶界处并在晶界处开裂，证实了晶界滑移在裂纹生成中的作用。在一系列实验表征的基础上，将晶体塑性理论引入到镍基焊接材料高温失延裂纹的起裂和裂纹扩展的数值模拟中，探讨了大小角度晶界，晶体取向、焊接应力状态等因素对失延裂纹形成的影响，发展了焊接裂纹微观尺度模拟技术及失延裂纹形成评定方法。

未来，陆皓将在划线S T F研究方法、纳米氧化物颗粒增强、增韧作用机制、焊缝晶体塑性模型等方面开展相应的研究，此外，他也将在利用组合模型以实现焊接变形、应力、裂纹模拟的结构化、标准化建模等方面进行专研。

科研本身是一件枯燥的工作，但每一个成果都是对科研人员最好的奖励。在中国的焊接发展历程上，陆皓默默贡献自己的才智和辛勤，让这份古老的技术彰显着新时代的光芒，科研旨在服务民生，正是由于这些辛苦奉献的科研工作者奋斗在第一线，才挺起中华民族工程羸弱的脊梁。