文章來源：機械科學(xué)研究總院集團有限公司 發(fā)布時間：2021-01-12
摘要：機械總院集團歷經(jīng)二十年系統(tǒng)研究了激光及激光電弧復(fù)合應(yīng)用理論基礎(chǔ)、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)鍵卡脖子問題，取得了4項科技創(chuàng)新，解決了海陸空多種新型戰(zhàn)略武器、超級起重機、全新一代高速列車等一批大國重器關(guān)鍵產(chǎn)品的關(guān)鍵焊接難題，引領(lǐng)實現(xiàn)了軌道交通、工程機械、石化、煤炭等裝備制造領(lǐng)域傳統(tǒng)焊接工藝的技術(shù)升級，推動了我國裝備制造業(yè)的綠色、高質(zhì)量發(fā)展。
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(jiān)管的公益類中央大型科技企業(yè)集團，始建于1956年。六十余年來，集團始終堅守“提升中國裝備制造水平”的初心使命，持續(xù)深耕裝備制造業(yè)基礎(chǔ)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(yīng)用于機械制造、汽車、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(shè)、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個國家制造業(yè)創(chuàng)新中心、4個國家重點實驗室、4個國家工程研究中心，集科研開發(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PART 02
（一）取得4項科技創(chuàng)新 技術(shù)成果整體達世界先進水平
在國際科技合作專項、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(tǒng)研究了激光及激光電弧復(fù)合應(yīng)用理論基礎(chǔ)、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)鍵卡脖子問題，取得了4項科技創(chuàng)新：
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首次提出了“雙重導(dǎo)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(fù)合焊接物理作用機制。
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攻克了25米大型薄壁鋁合金型材連續(xù)穩(wěn)定焊接、復(fù)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，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的形性可靠調(diào)控系列化激光及激光-電弧復(fù)合焊接新工藝。
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攻克了焊接過程在線檢測、多軸協(xié)調(diào)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、10余種系列化成套國產(chǎn)激光及激光-電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)。
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形成了較為完整的激光及激光-電弧復(fù)合焊接制造國家標準體系。
鑒定專家認為，本項目技術(shù)成果整體水平達到了國際先進水平，部分成果國際領(lǐng)先，在部分領(lǐng)域已實現(xiàn)了進口替代。
（二）成功解決大噸位全路面汽車起重機伸臂焊接工藝難題
大噸位全路面汽車起重機通常是指吊裝能力大于100噸的產(chǎn)品，當前已經(jīng)投放市場的最大噸位的全路面汽車起重機為1200噸。伸臂是全路面汽車起重機的關(guān)鍵部件，每臺起重機通常有5-8節(jié)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，存在的問題主要有：采用自動化或機械化弧焊工藝無法實現(xiàn)伸臂的單面焊雙面成形焊接，必須依靠手工焊進行打底焊。而手工打底焊勞動強度大，操作環(huán)境惡劣，焊縫質(zhì)量的可靠穩(wěn)定性差。焊接變形大，且焊接變形無規(guī)律，焊后校形處理工作量大、難度大。
針對全路面汽車起重機伸臂原有弧焊工藝存在的技術(shù)問題，機械總院集團設(shè)計開發(fā)了我國第一套在焊接生產(chǎn)線上應(yīng)用的大功率固體激光-熔化極電弧復(fù)合熱源焊接專機，并成功地應(yīng)用于了伸臂的焊接生產(chǎn)，重點解決了原有弧焊工藝存在的關(guān)鍵技術(shù)問題。
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，焊縫累計長度超過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)進步，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。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(fù)合焊接專機
大噸位起重機伸臂復(fù)合焊接過程照片
（三）加速推進我國高速磁懸浮列車自主化與產(chǎn)業(yè)化進程
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”國家重點研發(fā)計劃“先進軌道交通”重點專項的課題之一，其優(yōu)勢已被越來越多的國家關(guān)注。日本的超導(dǎo)磁浮技術(shù)實現(xiàn)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，而時速600公里高速磁浮系統(tǒng)及工程化應(yīng)用在我國尚屬空白。
鋁合金車體作為600公里高速磁浮列車的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)特點、制造理念與傳統(tǒng)動車組截然不同，具體體現(xiàn)在：
1、傳統(tǒng)動車車體重量約為9噸，而磁浮車體重量要求小于6.7噸，構(gòu)成車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、磁浮車體的制造精度公差進一步提高，僅為傳統(tǒng)動車的1/2～1/4。磁浮車體制造要求焊后免調(diào)修，這與傳統(tǒng)動車一般采用焊后機械+火焰調(diào)修方法有很大區(qū)別，這對焊接變形精度控制提出更高要求。
3、磁浮車體的強度指標高于傳統(tǒng)動車，磁浮車體靜強度安全系數(shù)大于1。
4、疲勞壽命按照氣密強度滿足±7000Pa、1000萬次進行評估。這對焊接接頭質(zhì)量提出更高要求。
新的結(jié)構(gòu)、制造精度和服役性能對車體部件焊接工藝及裝備提出了新的要求和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)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)鍵工程問題，已無法滿足新一代磁懸浮列車對車體部件高精度、高質(zhì)量、高性能的苛刻要求。選擇一種高效優(yōu)質(zhì)的先進焊接新工藝方法，通過系統(tǒng)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)量評價體系，是解決上述高速磁浮列車車體制造關(guān)鍵問題最有效的、且唯一的途徑。
機械總院集團哈焊院研發(fā)的激光-電弧復(fù)合焊接的主要技術(shù)優(yōu)勢恰好可以彌補傳統(tǒng)弧焊和攪拌摩擦焊的不足，是解決新一代600km/h磁浮列車制造關(guān)鍵問題，確保實現(xiàn)車體部件輕量化、高精度、高可靠性制造的最佳工藝選擇。項目的成功實施能夠滿足軌道交通領(lǐng)域新一代600km/h磁浮列車制造的迫切需求，促進我國高速磁懸浮列車完全自主化與產(chǎn)業(yè)化進程，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)帶來良好的社會效益和經(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(fù)合焊關(guān)鍵應(yīng)用基礎(chǔ)、工程技術(shù)與成套裝備項目獲得授權(quán)發(fā)明專利19件、實用新型專利4件、軟件著作權(quán)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(yīng)用，累計銷售各類激光焊接裝備23臺套，完成9000多根起大型重機伸臂焊接（焊縫總長度超過300km），焊接各種軌道車輛3443輛，累計銷售收入超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，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，推進實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦國家戰(zhàn)略、行業(yè)急需“卡脖子”、“短板”技術(shù)方向，瞄準先進制造中的高端材料、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”，堅定履行公益類科技型中央企業(yè)的政治責任、經(jīng)濟責任和社會責任，為建設(shè)現(xiàn)代化制造強國、實現(xiàn)偉大復(fù)興中國夢做出新的更大貢獻！
【責任編輯：李沐霖】
