1000噸高精度慣性摩擦焊機(jī)”在上海臨港調(diào)試成功。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)制造需要一種工業(yè)母機(jī)——超大型慣性摩擦焊機(jī)，它通過(guò)待焊材料之間摩擦產(chǎn)生熱量，在頂鍛力的作用下讓材料發(fā)生塑性變形和流動(dòng)，進(jìn)而連接母材。長(zhǎng)期以來(lái)，由于未掌握核心技術(shù)，國(guó)內(nèi)企業(yè)只能用其他焊接技術(shù)替代慣性摩擦焊，與國(guó)外產(chǎn)品有很大差距。
近日，九三學(xué)社上海市委上海制造專(zhuān)門(mén)委員會(huì)副主任龔鐵軍創(chuàng)辦的國(guó)焊（上海）智能科技有限公司聯(lián)合華東理工大學(xué)、上海工程技術(shù)大學(xué)研發(fā)的“1000噸高精度慣性摩擦焊機(jī)”在上海臨港調(diào)試成功，正在推進(jìn)“兩機(jī)”（航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)）裝備中典型部件的焊接工藝驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)10余年技術(shù)攻關(guān)，上海校企合作團(tuán)隊(duì)終于打破了國(guó)外壟斷。
慣性摩擦焊技術(shù)在汽車(chē)、高鐵、地鐵、石油、工程機(jī)械等其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。在市經(jīng)信委、臨港新片區(qū)管委會(huì)和臨港集團(tuán)的支持下，國(guó)焊科技已入選“上海市工業(yè)母機(jī)重點(diǎn)企業(yè)”，進(jìn)入了發(fā)展快車(chē)道。
從引進(jìn)、消化吸收到自主創(chuàng)新
“慣性摩擦焊裝備的國(guó)產(chǎn)化替代之路，始于2010年?！鄙虾９こ碳夹g(shù)大學(xué)副校長(zhǎng)、“上工程—國(guó)焊科技”校企合作團(tuán)隊(duì)首席技術(shù)專(zhuān)家夏春明說(shuō)，那時(shí)他在華東理工工作，在原華東理工大學(xué)機(jī)械廠(chǎng)廠(chǎng)長(zhǎng)朱建華帶領(lǐng)下，開(kāi)展慣性摩擦焊裝備國(guó)產(chǎn)化替代的研發(fā)。
循著引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新這條路徑，朱建華和夏春明帶領(lǐng)華東理工科研團(tuán)隊(duì)，反復(fù)琢磨進(jìn)口慣性摩擦焊機(jī)的科學(xué)原理和技術(shù)難點(diǎn)。據(jù)介紹，這種工業(yè)母機(jī)的技術(shù)難度非常高，要在數(shù)秒內(nèi)將巨量的動(dòng)能通過(guò)摩擦轉(zhuǎn)化為用于焊接的內(nèi)能，實(shí)現(xiàn)可達(dá)到兆瓦級(jí)的瞬時(shí)功率輸出；同時(shí)，其能量控制系統(tǒng)要有超高精度，相當(dāng)于將一節(jié)50噸重、以270公里時(shí)速行駛的高鐵車(chē)廂在10秒內(nèi)剎停，而且停車(chē)位置與目標(biāo)位置的誤差須控制在0.01毫米級(jí)別。
這兩大技術(shù)門(mén)檻，對(duì)裝備設(shè)計(jì)提出了很高要求。如何讓主軸系統(tǒng)承受數(shù)百?lài)嵞酥?000噸壓力？如何在數(shù)百?lài)嶍斿懥ο卤３种鬏S的高速轉(zhuǎn)動(dòng)？華東理工團(tuán)隊(duì)在消化吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，走上了自主創(chuàng)新之路。2010年以來(lái)，他們先后自主設(shè)計(jì)出160噸、250噸、400噸慣性摩擦焊機(jī)，其軸向力越來(lái)越大，不斷向制造“兩機(jī)”的千噸級(jí)高精度慣性摩擦焊機(jī)邁進(jìn)。
2020年4月，華東理工校友龔鐵軍創(chuàng)辦的國(guó)焊科技在上海成立。朱建華擔(dān)任公司科研團(tuán)隊(duì)總負(fù)責(zé)人，多位華東理工畢業(yè)生成為這家企業(yè)的科研骨干，他們希望把10年攻關(guān)成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，讓國(guó)產(chǎn)慣性摩擦焊機(jī)成為真正的國(guó)之重器。
公司成立時(shí)，夏春明已任上海工程技術(shù)大學(xué)副校長(zhǎng)，他在上海工程大新組建了一支多學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì)，與國(guó)焊科技開(kāi)展校企深度合作，推進(jìn)產(chǎn)教融合、科教融匯走深走實(shí)。
客戶(hù)帶著樣品來(lái)到國(guó)焊科技，進(jìn)行“1000噸高精度慣性摩擦焊機(jī)”應(yīng)用試驗(yàn)。蔣蕙攝
有望對(duì)汽車(chē)等產(chǎn)業(yè)“降維打擊”
如今，國(guó)焊科技已擁有各類(lèi)專(zhuān)利30多項(xiàng)，成為高新技術(shù)企業(yè)、上海市專(zhuān)精特新中小企業(yè)，今年開(kāi)始為用戶(hù)提供科研和技術(shù)服務(wù)。
除了慣性摩擦焊，這家企業(yè)還與上海工程大、華東理工合作，研制出摩擦塞補(bǔ)焊、混合摩擦焊等裝備和技術(shù)，正在聯(lián)合研發(fā)新一代線(xiàn)性摩擦焊裝備?！斑@些裝備和技術(shù)屬于‘極限制造’，與其他焊接技術(shù)相比，它們?cè)谥圃爝^(guò)程中可以降本增效、節(jié)能減排，提升產(chǎn)品的性能和壽命，還能不使用任何耗材直接實(shí)現(xiàn)異種金屬材料焊接。因?yàn)槭窃谝凰查g完成一次鍛造過(guò)程，焊接后異種金屬材料的強(qiáng)度會(huì)高于本體?！饼忚F軍說(shuō)。
在他看來(lái)，“極限制造”技術(shù)可以在多個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域形成“降維打擊”。比如，汽車(chē)輪轂制造領(lǐng)域內(nèi)卷嚴(yán)重，各類(lèi)輪轂的平均凈利潤(rùn)低于5%，如果采用慣性摩擦焊工藝，將實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輪轂的輕量化和降本：在性能一致的情況下，焊接式輪轂的成品重量比鑄造工藝減輕約10%，材料利用率比鍛造工藝高20%—30%；由于工序減少，加工成本也會(huì)大幅降低。目前，國(guó)焊科技與用戶(hù)單位共同開(kāi)發(fā)的焊接式輪轂，已通過(guò)一系列性能試驗(yàn)。
“如果這種新工藝在輪轂制造上推廣應(yīng)用，有望為我國(guó)每年節(jié)約100萬(wàn)噸鋁合金，減少碳排放1.6億噸。”龔鐵軍告訴記者，“技術(shù)創(chuàng)新后，輪轂生產(chǎn)變得能耗極低，占地面積很小，所以適合在上海建廠(chǎng)，成為上海制造的一個(gè)增長(zhǎng)點(diǎn)?！?/p>
汽車(chē)輪轂客戶(hù)在國(guó)焊科技觀(guān)摩焊接試驗(yàn)的全過(guò)程。蔣蕙攝
在長(zhǎng)三角區(qū)域，占地7500平方米的“紹興極限制造加工中心”已立項(xiàng)，有望實(shí)現(xiàn)慣性摩擦焊技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的大范圍覆蓋。在汽車(chē)行業(yè)，國(guó)焊科技將與國(guó)內(nèi)頭部電機(jī)制造企業(yè)等合作，推動(dòng)新能源汽車(chē)電機(jī)的輕量化和性能提升。在航天、高鐵和地鐵行業(yè)，國(guó)焊科技在與用戶(hù)單位合作，將摩擦塞補(bǔ)焊用于修補(bǔ)列車(chē)車(chē)體等產(chǎn)品的裂縫和氣泡。
隨著大模型、數(shù)字孿生等信息技術(shù)的興起，夏春明正帶領(lǐng)“上工程—國(guó)焊科技”校企合作團(tuán)隊(duì)，將這些技術(shù)用于“極限制造”的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化應(yīng)用。各種裝備的三維數(shù)字化虛擬樣機(jī)建模、焊接裝備的數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建、基于焊接過(guò)程大數(shù)據(jù)的工藝參數(shù)優(yōu)化模型構(gòu)建、基于大語(yǔ)言模型及“外掛摩擦焊接過(guò)程綜合知識(shí)庫(kù)”的智能體研究……通過(guò)多學(xué)科交叉，國(guó)產(chǎn)先進(jìn)焊接裝備的數(shù)字化、智能化水平將不斷提高，成為“中國(guó)智造”的一個(gè)新亮點(diǎn)。
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