關(guān)鍵詞：關(guān)鍵焊接難題 科技創(chuàng )新 技術(shù)升級 高質(zhì)量發(fā)展
背景PART 01
機械科學(xué)研究總院集團有限公司是國務(wù)院國資委直接監管的公益類(lèi)中央大型科技企業(yè)集團，始建于1956年。六十余年來(lái)，集團始終堅守“提升中國裝備制造水平”的初心使命，持續深耕裝備制造業(yè)基礎共性技術(shù)研究，創(chuàng )造了200多項全國工業(yè)領(lǐng)域的第一，累計取得7000多項科研成果，廣泛應用于機械制造、汽車(chē)、航空航天、環(huán)保、能源、交通運輸、信息產(chǎn)業(yè)、冶金、化工、建筑等國民經(jīng)濟和國防安全重要產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，為我國重大科技項目攻關(guān)、重大工程建設、行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展做出了巨大貢獻。
集團目前擁有19家全資及控股子企業(yè)(公司)，建有1個(gè)國家制造業(yè)創(chuàng )新中心、4個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、4個(gè)國家工程研究中心，集科研開(kāi)發(fā)、科技產(chǎn)業(yè)和技術(shù)服務(wù)三大業(yè)務(wù)功能為一體，是國家科技創(chuàng )新體系的重要組成部分和裝備制造業(yè)發(fā)展的重要引擎。
責任行動(dòng)PART 02
(一)取得4項科技創(chuàng )新 技術(shù)成果整體達世界先進(jìn)水平
在國際科技合作專(zhuān)項、哈爾濱市科技攻關(guān)計劃等項目的支持下，機械總院集團哈焊院歷經(jīng)二十年系統研究了激光及激光電弧復合應用理論基礎、核心工藝、關(guān)鍵共性工程技術(shù)、成套裝備和標準體系等制約技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵卡脖子問(wèn)題，取得了4項科技創(chuàng )新：
首次提出了“雙重導電”、“電弧輻射增強”機制和“電弧等效功率”熱源匹配模型，揭示了激光-電弧復合焊接物理作用機制。
攻克了25米大型薄壁鋁合金型材連續穩定焊接、復雜工況單面焊雙面成形閉環(huán)控制、多層多道焊智能排序等關(guān)鍵工程技術(shù)難題，開(kāi)發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的形性可靠調控系列化激光及激光-電弧復合焊接新工藝。
攻克了焊接過(guò)程在線(xiàn)檢測、多軸協(xié)調及精度補償、工況閉環(huán)控制等關(guān)鍵技術(shù)，研制出5大類(lèi)、10余種系列化成套國產(chǎn)激光及激光-電弧復合焊接系統。
形成了較為完整的激光及激光-電弧復合焊接制造國家標準體系。
鑒定專(zhuān)家認為，本項目技術(shù)成果整體水平達到了國際先進(jìn)水平，部分成果國際領(lǐng)先，在部分領(lǐng)域已實(shí)現了進(jìn)口替代。
(二)成功解決大噸位全路面汽車(chē)起重機伸臂焊接工藝難題
大噸位全路面汽車(chē)起重機通常是指吊裝能力大于100噸的產(chǎn)品，當前已經(jīng)投放市場(chǎng)的最大噸位的全路面汽車(chē)起重機為1200噸。伸臂是全路面汽車(chē)起重機的關(guān)鍵部件，每臺起重機通常有5-8節伸臂。伸臂的原有焊接工藝采用了“單絲MAG手工焊打底+雙絲MAG焊填充”的弧焊工藝，存在的問(wèn)題主要有：采用自動(dòng)化或機械化弧焊工藝無(wú)法實(shí)現伸臂的單面焊雙面成形焊接，必須依靠手工焊進(jìn)行打底焊。而手工打底焊勞動(dòng)強度大，操作環(huán)境惡劣，焊縫質(zhì)量的可靠穩定性差。焊接變形大，且焊接變形無(wú)規律，焊后校形處理工作量大、難度大。
針對全路面汽車(chē)起重機伸臂原有弧焊工藝存在的技術(shù)問(wèn)題，機械總院集團設計開(kāi)發(fā)了我國第一套在焊接生產(chǎn)線(xiàn)上應用的大功率固體激光-熔化極電弧復合熱源焊接專(zhuān)機，并成功地應用于了伸臂的焊接生產(chǎn)，重點(diǎn)解決了原有弧焊工藝存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
項目投入使用后，累計焊接伸臂9000多根，裝配1400多臺大噸位起重機產(chǎn)品，焊縫累計長(cháng)度超過(guò)300公里，為企業(yè)創(chuàng )造直接經(jīng)濟效益近8億元，間接經(jīng)濟效益40多億元，大幅度提升了我國工程機械裝備的整體制造水平，引領(lǐng)了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。技術(shù)成果曾獲2018年中央電視臺《中國財經(jīng)報道——感受中國制造新高度》欄目報道。
大噸位起重機伸臂激光-電弧復合焊接專(zhuān)機
大噸位起重機伸臂復合焊接過(guò)程照片
(三)加速推進(jìn)我國高速磁懸浮列車(chē)自主化與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程
高速磁浮作為一種新型尖端軌道交通技術(shù)，是科技部“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“先進(jìn)軌道交通”重點(diǎn)專(zhuān)項的課題之一，其優(yōu)勢已被越來(lái)越多的國家關(guān)注。日本的超導磁浮技術(shù)實(shí)現603km/h的試驗速度，德國的磁浮技術(shù)最高試驗速度達到505km/h，而時(shí)速600公里高速磁浮系統及工程化應用在我國尚屬空白。
鋁合金車(chē)體作為600公里高速磁浮列車(chē)的關(guān)鍵部件，其結構特點(diǎn)、制造理念與傳統動(dòng)車(chē)組截然不同，具體體現在：
1、傳統動(dòng)車(chē)車(chē)體重量約為9噸，而磁浮車(chē)體重量要求小于6.7噸，構成車(chē)體的鋁合金雙層型材的壁厚和焊接厚度均減小，焊接變形控制難度大幅增大。
2、磁浮車(chē)體的制造精度公差進(jìn)一步提高，僅為傳統動(dòng)車(chē)的1/2～1/4。磁浮車(chē)體制造要求焊后免調修，這與傳統動(dòng)車(chē)一般采用焊后機械+火焰調修方法有很大區別，這對焊接變形精度控制提出更高要求。
3、磁浮車(chē)體的強度指標高于傳統動(dòng)車(chē)，磁浮車(chē)體靜強度安全系數大于1。
4、疲勞壽命按照氣密強度滿(mǎn)足±7000Pa、1000萬(wàn)次進(jìn)行評估。這對焊接接頭質(zhì)量提出更高要求。
新的結構、制造精度和服役性能對車(chē)體部件焊接工藝及裝備提出了新的要求和挑戰。傳統的工藝方法存在焊接變形大、接頭強度弱化、生產(chǎn)效率低等關(guān)鍵工程問(wèn)題，已無(wú)法滿(mǎn)足新一代磁懸浮列車(chē)對車(chē)體部件高精度、高質(zhì)量、高性能的苛刻要求。選擇一種高效優(yōu)質(zhì)的先進(jìn)焊接新工藝方法，通過(guò)系統研究及工程化驗證，建立起完整的新型焊接制造工藝體系和質(zhì)量評價(jià)體系，是解決上述高速磁浮列車(chē)車(chē)體制造關(guān)鍵問(wèn)題最有效的、且唯一的途徑。
機械總院集團哈焊院研發(fā)的激光-電弧復合焊接的主要技術(shù)優(yōu)勢恰好可以彌補傳統弧焊和攪拌摩擦焊的不足，是解決新一代600km/h磁浮列車(chē)制造關(guān)鍵問(wèn)題，確保實(shí)現車(chē)體部件輕量化、高精度、高可靠性制造的最佳工藝選擇。項目的成功實(shí)施能夠滿(mǎn)足軌道交通領(lǐng)域新一代600km/h磁浮列車(chē)制造的迫切需求，促進(jìn)我國高速磁懸浮列車(chē)完全自主化與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，也有利于提升我國高端激光加工成套工藝及裝備的技術(shù)水平，為企業(yè)帶來(lái)良好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益，項目意義重大。
履責成效PART 03
機械總院集團哈焊院研發(fā)的激光及激光-電弧復合焊關(guān)鍵應用基礎、工程技術(shù)與成套裝備項目獲得授權發(fā)明專(zhuān)利19件、實(shí)用新型專(zhuān)利4件、軟件著(zhù)作權1件;制定國際標準(CD階段)1項、國家標準9項、行業(yè)標準1項。
技術(shù)成果已在軍工、工程機械、軌道交通、石化、煤炭機械、造船等領(lǐng)域獲得了較為廣泛的應用，累計銷(xiāo)售各類(lèi)激光焊接裝備23臺套，完成9000多根起大型重機伸臂焊接(焊縫總長(cháng)度超過(guò)300km)，焊接各種軌道車(chē)輛3443輛，累計銷(xiāo)售收入超77億元，創(chuàng )外匯19億美元。該成果獲得2019年度中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎。
展望PART 04
面向未來(lái)，機械總院集團將堅持以提升中國裝備制造水平為己任，不忘初心，牢記使命，推進(jìn)實(shí)施創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展戰略，聚焦國家戰略、行業(yè)急需“卡脖子”、“短板”技術(shù)方向，瞄準先進(jìn)制造中的高端材料、共性技術(shù)及裝備，積極打造面向行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的創(chuàng )新平臺、面向產(chǎn)業(yè)發(fā)展的服務(wù)平臺和面向國家重大工程的支撐平臺，致力于成為行業(yè)科技創(chuàng )新領(lǐng)跑者、重大工程支撐者、科技產(chǎn)業(yè)主力軍，努力打造“百年科技研發(fā)集團”，堅定履行公益類(lèi)科技型中央企業(yè)的政治責任、經(jīng)濟責任和社會(huì )責任，為建設現代化制造強國、實(shí)現偉大復興中國夢(mèng)做出新的更大貢獻!
