核聚变能源作为终极清洁能源，其核心装备制造难度远超传统核电设备。本质上是要在地球上再造太阳的内部极端环境——将等离子体加热至上亿摄氏度，并用超强磁场将其长时间稳定约束，这对工程设计、材料科学和系统集成构成了前所未有的考验。而焊接技术直接决定装备的安全性、稳定性与使用寿命，堪称聚变堆制造的“生命线”。

上海第一机床厂有限公司（以下简称“一机床”）深耕高端装备焊接领域数十年，从核岛主设备到聚变堆核心部件，先后完成了20余项全球或国内核电设备首台套研制及交付，成为我国核电与聚变能源装备制造的标杆企业。一机床紧跟国家能源战略，突破传统核电业务边界，聚焦聚变堆这一全新赛道，以极低温材料超大厚度激光焊接技术为核心，在线圈盒、真空室、冷屏、包层等关键设备制造中实现系列技术突破，用精湛焊艺为人类探索清洁核聚变能源筑牢装备根基，彰显“焊接无处不在，创新引领未来”的行业使命。

一、聚变堆核心部件：激光焊接的技术挑战

一机床聚焦线圈盒、真空室、冷屏等聚变堆核心部件制造，面临多项国际公认的技术瓶颈。激光焊接能量密度高、焊接效率高、热输入低等特点在聚变堆制造过程中具有巨大优势，但这对激光焊接工艺提出了极高要求。

线圈盒作为聚变堆磁体系统的关键支撑，承担着约束等离子体、保障磁场稳定性的核心功能，其制造面临极致严苛的技术挑战。线圈盒单体重达300吨以上，接头最厚处达380mm，需在4.2K（-269°C）极低温环境下保持优异力学性能，且要求焊缝相对磁导率≤1.05，避免干扰磁场环境。

真空室作为聚变堆的“心脏”与第一道安全屏障，是容纳超高温等离子体并进行磁约束的极端环境腔体，其制造面临严苛的成型、焊接与材料挑战。真空室单扇区35mm全焊透焊缝长度超1000 m，壳体轮廓度要求±8mm，支承柱位置度精度达±1.25mm，远超国际热核聚变实验堆（ITER）标准。

冷屏是超导磁体系统的关键“热盾牌”，通过维持约-193°C的低温环境，高效隔绝高温部件对超导线圈的热辐射，确保其处于-269°C的超导状态。冷屏存在面板尺寸大（最大9m×1m）、厚度薄（仅5mm）、冷却管空间结构复杂（最长38m、弯头58个）等问题，且需严控焊接变形与磁导率，确保装备在聚变堆复杂工况下长期稳定运行。

二、聚变堆激光焊核心技术突破

2.1极低温材料高功率激光深熔焊技术

针对线圈盒大厚度焊接难题，一机床创新性通过30KW激光焊接系统，研发激光深熔焊工艺技术，实现316LN无磁不锈钢80mm厚度双面激光焊一次成型，为国际首次将激光焊接运用于聚变堆大厚度材料制造。通过优化坡口设计、气保装置设计与焊接参数，解决了大功率焊接等离子体屏蔽难题，单侧可焊透40mm对接焊缝，焊缝收缩量相比传统手工氩弧焊减少一个数量级，焊接效率提升约50倍，单条焊缝横向收缩量控制在1 mm以内，角变形仅0.1度，远优于氩弧焊10 mm收缩量与10度角变形的表现。

聚变堆线圈盒高功率激光焊接

2.2 极低温焊缝性能精准控制体系

针对激光焊接过程中合金元素损失、磁导率与低温性能波动问题，一机床从焊前、焊中、焊后建立全流程性能控制体系。采用低热输入焊接与冲击振动消应力等方法，有效降低铁素体生成与应力释放变形，提高焊缝质量。焊缝在室温、150℃、250℃及极低温环境下力学性能均满足要求。焊缝的相对磁导率低至1.002，远低于≤1.05的聚变级要求。-268.8℃低温条件中，焊缝抗拉强度达1491MPa、屈服强度1044MPa，低温断裂性能274MPa，远超150MPa的考核标准，国际首次在激光焊接条件下满足聚变堆极低温性能要求。

聚变堆真空室激光焊接

2.3 大型异形构件精密装配与焊后打磨技术

针对线圈盒异形结构、大尺寸装配难题，一机床采用三维模拟优化装配方案，优化千斤顶精准控制装配尺寸，搭配专用工装实现多自由度调整，装配稳定性大幅提升。针对深窄坡口焊后打磨难题，自主设计加长柄合金旋转锉刀、特种锥形铣刀等专用工具，解决手工打磨效率低、易划伤坡口的痛点，打磨效率提升3倍，且可适配异型接头与大尺寸构件加工，实现装配-焊接-打磨全流程精度控制。

聚变堆大型构件装配吊装现场

2.4 焊接变形数值模拟与调控技术

依托9自由度机器人与手持激光测量装置，一机床建立“模拟-检测-反馈”闭环调控体系。通过1:1模拟件焊接试验，精准预判线圈盒焊接变形趋势，数值模拟结果与实际焊接变形符合度达91%；采用分段焊接、对称交替焊接策略，搭配刚性拘束工装，有效抑制长焊缝（6.5 m）熔深大（80 mm）带来的变形问题。同时针对，项目延伸应用，该技术可将真空室扇区焊接轮廓度控制在±6mm以内，冷屏整体轮廓度控制在±5mm以内，完全满足聚变堆装配精度要求。

聚变堆线圈盒三维模拟

三、结束语

从民用核安全设备秦山核电站到华龙一号再到聚变堆大科学装置，上海第一机床厂始终以焊接技术创新为核心驱动力，用极致工艺诠释“中国制造”的实力。在聚变能源发展的浪潮中，一机床将继续深耕激光焊接技术，积极参与全球聚变堆装备制造竞争，以更先进的技术、更可靠的产品，为我国实现核聚变能源商业化应用贡献力量，向社会展现焊接技术在清洁能源领域的无限潜能，书写“焊光映初心，聚力赴未来”的新篇章。