摘要：機(jī)械總院集團(tuán)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)科技創(chuàng)新，解決了海陸空多種新型戰(zhàn)略武器、超級(jí)起重機(jī)、全新一代高速列車(chē)等一批大國(guó)重器關(guān)鍵產(chǎn)品的關(guān)鍵焊接難題，引領(lǐng)實(shí)現(xiàn)了軌道交通、工程機(jī)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(jí)，推動(dòng)了我國(guó)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(jí)   高質(zhì)量發(fā)展

背景PART 01

機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司是國(guó)務(wù)院國(guó)資委直接監(jiān)管的公益類(lèi)中央大型科技企業(yè)集團(tuán)，始建于1956年。六十余年來(lái)，集團(tuán)始終堅(jiān)守“提升中國(guó)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(xiàng)全國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的第一，累計(jì)取得7000多項(xiàng)科研成果，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車(chē)、航空航天、環(huán)保、能源、交通運(yùn)輸、信息產(chǎn)業(yè)、冶金、化工、建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全重要產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，為我國(guó)重大科技項(xiàng)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(xiàn)。

集團(tuán)目前擁有19家全資及控股子企業(yè)（公司），建有1個(gè)國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心、4個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、4個(gè)國(guó)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(guó)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(zé)任行動(dòng)PART 02

（一）取得4項(xiàng)科技創(chuàng)新  技術(shù)成果整體達(dá)世界先進(jìn)水平

在國(guó)際科技合作專項(xiàng)、哈爾濱市科技攻關(guān)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，機(jī)械總院集團(tuán)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)科技創(chuàng)新：

• 首次提出了“雙重導(dǎo)電”、“電弧輻射增強(qiáng)”機(jī)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(jī)制。

• 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(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)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。

• 攻克了焊接過(guò)程在線檢測(cè)、多軸協(xié)調(diào)及精度補(bǔ)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(guó)產(chǎn)激光及激光-電弧復(fù)合焊接系統(tǒng)。

• 形成了較為完整的激光及激光-電弧復(fù)合焊接制造國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系。

鑒定專家認(rèn)為，本項(xiàng)目技術(shù)成果整體水平達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，部分成果國(guó)際領(lǐng)先，在部分領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。

（二）成功解決大噸位全路面汽車(chē)起重機(jī)伸臂焊接工藝難題

大噸位全路面汽車(chē)起重機(jī)通常是指吊裝能力大于100噸的產(chǎn)品，當(dāng)前已經(jīng)投放市場(chǎng)的最大噸位的全路面汽車(chē)起重機(jī)為1200噸。伸臂是全路面汽車(chē)起重機(jī)的關(guān)鍵部件，每臺(tái)起重機(jī)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(wèn)題主要有：采用自動(dòng)化或機(jī)械化弧焊工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)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(qiáng)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(wú)規(guī)律，焊后校形處理工作量大、難度大。

針對(duì)全路面汽車(chē)起重機(jī)伸臂原有弧焊工藝存在的技術(shù)問(wèn)題，機(jī)械總院集團(tuán)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了我國(guó)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(jī)，并成功地應(yīng)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(xiàng)目投入使用后，累計(jì)焊接伸臂9000多根，裝配1400多臺(tái)大噸位起重機(jī)產(chǎn)品，焊縫累計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)300公里，為企業(yè)創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益近8億元，間接經(jīng)濟(jì)效益40多億元，大幅度提升了我國(guó)工程機(jī)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(jì)效益和社會(huì)效益。技術(shù)成果曾獲2018年中央電視臺(tái)《中國(guó)財(cái)經(jīng)報(bào)道——感受中國(guó)制造新高度》欄目報(bào)道。

大噸位起重機(jī)伸臂激光-電弧復(fù)合焊接專機(jī)

大噸位起重機(jī)伸臂復(fù)合焊接過(guò)程照片

（三）加速推進(jìn)我國(guó)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“先進(jìn)軌道交通”重點(diǎn)專項(xiàng)的課題之一，其優(yōu)勢(shì)已被越來(lái)越多的國(guó)家關(guān)注。日本的超導(dǎo)磁浮技術(shù)實(shí)現(xiàn)603km/h的試驗(yàn)速度，德國(guó)的磁浮技術(shù)最高試驗(yàn)速度達(dá)到505km/h，而時(shí)速600公里高速磁浮系統(tǒng)及工程化應(yīng)用在我國(guó)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)、制造理念與傳統(tǒng)動(dòng)車(chē)組截然不同，具體體現(xiàn)在：

1、傳統(tǒng)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(gòu)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(tǒng)動(dòng)車(chē)的1/2～1/4。磁浮車(chē)體制造要求焊后免調(diào)修，這與傳統(tǒng)動(dòng)車(chē)一般采用焊后機(jī)械+火焰調(diào)修方法有很大區(qū)別，這對(duì)焊接變形精度控制提出更高要求。

3、磁浮車(chē)體的強(qiáng)度指標(biāo)高于傳統(tǒng)動(dòng)車(chē)，磁浮車(chē)體靜強(qiáng)度安全系數(shù)大于1。

4、疲勞壽命按照氣密強(qiáng)度滿足±7000Pa、1000萬(wàn)次進(jìn)行評(píng)估。這對(duì)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(duì)車(chē)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(qiáng)度弱化、生產(chǎn)效率低等關(guān)鍵工程問(wèn)題，已無(wú)法滿足新一代磁懸浮列車(chē)對(duì)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(tǒng)研究及工程化驗(yàn)證，建立起完整的新型焊接制造工藝體系和質(zhì)量評(píng)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(jī)械總院集團(tuán)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(shì)恰好可以彌補(bǔ)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(chē)制造關(guān)鍵問(wèn)題，確保實(shí)現(xiàn)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(xiàng)目的成功實(shí)施能夠滿足軌道交通領(lǐng)域新一代600km/h磁浮列車(chē)制造的迫切需求，促進(jìn)我國(guó)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(guó)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(jì)效益，項(xiàng)目意義重大。

履責(zé)成效PART 03

機(jī)械總院集團(tuán)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(xiàng)目獲得授權(quán)發(fā)明專利19件、實(shí)用新型專利4件、軟件著作權(quán)1件；制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（CD階段）1項(xiàng)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)9項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。

技術(shù)成果已在軍工、工程機(jī)械、軌道交通、石化、煤炭機(jī)械、造船等領(lǐng)域獲得了較為廣泛的應(yīng)用，累計(jì)銷(xiāo)售各類(lèi)激光焊接裝備23臺(tái)套，完成9000多根起大型重機(jī)伸臂焊接（焊縫總長(zhǎng)度超過(guò)300km），焊接各種軌道車(chē)輛3443輛，累計(jì)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(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

展望PART 04

面向未來(lái)，機(jī)械總院集團(tuán)將堅(jiān)持以提升中國(guó)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(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦國(guó)家戰(zhàn)略、行業(yè)急需“卡脖子”、“短板”技術(shù)方向，瞄準(zhǔn)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(tái)、面向產(chǎn)業(yè)發(fā)展的服務(wù)平臺(tái)和面向國(guó)家重大工程的支撐平臺(tái)，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(tuán)”，堅(jiān)定履行公益類(lèi)科技型中央企業(yè)的政治責(zé)任、經(jīng)濟(jì)責(zé)任和社會(huì)責(zé)任，為建設(shè)現(xiàn)代化制造強(qiáng)國(guó)、實(shí)現(xiàn)偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)做出新的更大貢獻(xiàn)！

【責(zé)任編輯：李沐霖】