文章來源：機械科學研究總院集團有限公司 發布時間：2021-01-12
摘要：機械總院集團歷經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、關鍵共性工程技術、成套裝備和標準體系等制約技術發展的關鍵卡脖子問題，取得了4項科技創新，解決了海陸空多種新型戰略武器、超級起重機、全新一代高速列車等一批大國重器關鍵產品的關鍵焊接難題，引領實現了軌道交通、工程機械、石化、煤炭等裝備制造領域傳統焊接工藝的技術升級，推動了我國裝備制造業的綠色、高質量發展。
關鍵詞：關鍵焊接難題 科技創新 技術升級 高質量發展
背景PART 01
機械科學研究總院集團有限公司是國務院國資委直接監管的公益類中央大型科技企業集團，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，持續深耕裝備制造業基礎共性技術研究，創造了200多項全國工業領域的第一，累計取得7000多項科研成果，廣泛應用于機械制造、汽車、航空航天、環保、能源、交通運輸、信息產業、冶金、化工、建筑等國民經濟和國防安全重要產業領域，為我國重大科技項目攻關、重大工程建設、行業共性關鍵技術發展做出了巨大貢獻。
集團目前擁有19家全資及控股子企業（公司），建有1個國家制造業創新中心、4個國家重點實驗室、4個國家工程研究中心，集科研開發、科技產業和技術服務三大業務功能為一體，是國家科技創新體系的重要組成部分和裝備制造業發展的重要引擎。
責任行動PART 02
（一）取得4項科技創新 技術成果整體達世界先進水平
在國際科技合作專項、哈爾濱市科技攻關計劃等項目的支持下，機械總院集團哈焊院歷經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、關鍵共性工程技術、成套裝備和標準體系等制約技術發展的關鍵卡脖子問題，取得了4項科技創新：
-
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控制、多層多道焊智能排序等關鍵工程技術難題，開發了具有自主知識產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。
-
攻克了焊接過程在線檢測、多軸協調及精度補償、工況閉環控制等關鍵技術，研制出5大類、10余種系列化成套國產激光及激光-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。
鑒定專家認為，本項目技術成果整體水平達到了國際先進水平，部分成果國際領先，在部分領域已實現了進口替代。
（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噸的產品，當前已經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，存在的問題主要有：采用自動化或機械化弧焊工藝無法實現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，操作環境惡劣，焊縫質量的可靠穩定性差。焊接變形大，且焊接變形無規律，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問題，機械總院集團設計開發了我國第一套在焊接生產線上應用的大功率固體激光-熔化極電弧復合熱源焊接專機，并成功地應用于了伸臂的焊接生產，重點解決了原有弧焊工藝存在的關鍵技術問題。
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品，焊縫累計長度超過300公里，為企業創造直接經濟效益近8億元，間接經濟效益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，引領了行業技術進步，為企業帶來良好的經濟效益和社會效益。技術成果曾獲2018年中央電視臺《中國財經報道——感受中國制造新高度》欄目報道。
大噸位起重機伸臂激光-電弧復合焊接專機
大噸位起重機伸臂復合焊接過程照片
（三）加速推進我國高速磁懸浮列車自主化與產業化進程
高速磁浮作為一種新型尖端軌道交通技術，是科技部“十三五”國家重點研發計劃“先進軌道交通”重點專項的課題之一，其優勢已被越來越多的國家關注。日本的超導磁浮技術實現603km/h的試驗速度，德國的磁浮技術最高試驗速度達到505km/h，而時速600公里高速磁浮系統及工程化應用在我國尚屬空白。
鋁合金車體作為600公里高速磁浮列車的關鍵部件，其結構特點、制造理念與傳統動車組截然不同，具體體現在：
1、傳統動車車體重量約為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，僅為傳統動車的1/2～1/4。磁浮車體制造要求焊后免調修，這與傳統動車一般采用焊后機械+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、磁浮車體的強度指標高于傳統動車，磁浮車體靜強度安全系數大于1。
4、疲勞壽命按照氣密強度滿足±7000Pa、1000萬次進行評估。這對焊接接頭質量提出更高要求。
新的結構、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。傳統的工藝方法存在焊接變形大、接頭強度弱化、生產效率低等關鍵工程問題，已無法滿足新一代磁懸浮列車對車體部件高精度、高質量、高性能的苛刻要求。選擇一種高效優質的先進焊接新工藝方法，通過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量評價體系，是解決上述高速磁浮列車車體制造關鍵問題最有效的、且唯一的途徑。
機械總院集團哈焊院研發的激光-電弧復合焊接的主要技術優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磁浮列車制造關鍵問題，確保實現車體部件輕量化、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業化進程，也有利于提升我國高端激光加工成套工藝及裝備的技術水平，為企業帶來良好的社會效益和經濟效益，項目意義重大。
履責成效PART 03
機械總院集團哈焊院研發的激光及激光-電弧復合焊關鍵應用基礎、工程技術與成套裝備項目獲得授權發明專利19件、實用新型專利4件、軟件著作權1件；制定國際標準（CD階段）1項、國家標準9項、行業標準1項。
技術成果已在軍工、工程機械、軌道交通、石化、煤炭機械、造船等領域獲得了較為廣泛的應用，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，創外匯19億美元。該成果獲得2019年度中國機械工業科學技術獎一等獎。
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，推進實施創新驅動發展戰略，聚焦國家戰略、行業急需“卡脖子”、“短板”技術方向，瞄準先進制造中的高端材料、共性技術及裝備，積極打造面向行業技術進步的創新平臺、面向產業發展的服務平臺和面向國家重大工程的支撐平臺，致力于成為行業科技創新領跑者、重大工程支撐者、科技產業主力軍，努力打造“百年科技研發集團”，堅定履行公益類科技型中央企業的政治責任、經濟責任和社會責任，為建設現代化制造強國、實現偉大復興中國夢做出新的更大貢獻！
【責任編輯：李沐霖】
