1000噸高精度慣性摩擦焊機”在上海臨港調(diào)試成功。
航空發(fā)動機、燃氣輪機制造需要一種工業(yè)母機——超大型慣性摩擦焊機，它通過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，進而連接母材。長期以來，由于未掌握核心技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)只能用其他焊接技術(shù)替代慣性摩擦焊，與國外產(chǎn)品有很大差距。
近日，九三學社上海市委上海制造專門委員會副主任龔鐵軍創(chuàng)辦的國焊（上海）智能科技有限公司聯(lián)合華東理工大學、上海工程技術(shù)大學研發(fā)的“1000噸高精度慣性摩擦焊機”在上海臨港調(diào)試成功，正在推進“兩機”（航空發(fā)動機、燃氣輪機）裝備中典型部件的焊接工藝驗證。經(jīng)過10余年技術(shù)攻關(guān)，上海校企合作團隊終于打破了國外壟斷。
慣性摩擦焊技術(shù)在汽車、高鐵、地鐵、石油、工程機械等其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。在市經(jīng)信委、臨港新片區(qū)管委會和臨港集團的支持下，國焊科技已入選“上海市工業(yè)母機重點企業(yè)”，進入了發(fā)展快車道。
從引進、消化吸收到自主創(chuàng)新
“慣性摩擦焊裝備的國產(chǎn)化替代之路，始于2010年?！鄙虾９こ碳夹g(shù)大學副校長、“上工程—國焊科技”校企合作團隊首席技術(shù)專家夏春明說，那時他在華東理工工作，在原華東理工大學機械廠廠長朱建華帶領(lǐng)下，開展慣性摩擦焊裝備國產(chǎn)化替代的研發(fā)。
循著引進、消化吸收、再創(chuàng)新這條路徑，朱建華和夏春明帶領(lǐng)華東理工科研團隊，反復琢磨進口慣性摩擦焊機的科學原理和技術(shù)難點。據(jù)介紹，這種工業(yè)母機的技術(shù)難度非常高，要在數(shù)秒內(nèi)將巨量的動能通過摩擦轉(zhuǎn)化為用于焊接的內(nèi)能，實現(xiàn)可達到兆瓦級的瞬時功率輸出；同時，其能量控制系統(tǒng)要有超高精度，相當于將一節(jié)50噸重、以270公里時速行駛的高鐵車廂在10秒內(nèi)剎停，而且停車位置與目標位置的誤差須控制在0.01毫米級別。
這兩大技術(shù)門檻，對裝備設(shè)計提出了很高要求。如何讓主軸系統(tǒng)承受數(shù)百噸乃至1000噸壓力？如何在數(shù)百噸頂鍛力下保持主軸的高速轉(zhuǎn)動？華東理工團隊在消化吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，走上了自主創(chuàng)新之路。2010年以來，他們先后自主設(shè)計出160噸、250噸、400噸慣性摩擦焊機，其軸向力越來越大，不斷向制造“兩機”的千噸級高精度慣性摩擦焊機邁進。
2020年4月，華東理工校友龔鐵軍創(chuàng)辦的國焊科技在上海成立。朱建華擔任公司科研團隊總負責人，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，讓國產(chǎn)慣性摩擦焊機成為真正的國之重器。
公司成立時，夏春明已任上海工程技術(shù)大學副校長，他在上海工程大新組建了一支多學科交叉團隊，與國焊科技開展校企深度合作，推進產(chǎn)教融合、科教融匯走深走實。
客戶帶著樣品來到國焊科技，進行“1000噸高精度慣性摩擦焊機”應(yīng)用試驗。蔣蕙攝
有望對汽車等產(chǎn)業(yè)“降維打擊”
如今，國焊科技已擁有各類專利30多項，成為高新技術(shù)企業(yè)、上海市專精特新中小企業(yè)，今年開始為用戶提供科研和技術(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)新一代線性摩擦焊裝備。“這些裝備和技術(shù)屬于‘極限制造’，與其他焊接技術(shù)相比，它們在制造過程中可以降本增效、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現(xiàn)異種金屬材料焊接。因為是在一瞬間完成一次鍛造過程，焊接后異種金屬材料的強度會高于本體?！饼忚F軍說。
在他看來，“極限制造”技術(shù)可以在多個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域形成“降維打擊”。比如，汽車輪轂制造領(lǐng)域內(nèi)卷嚴重，各類輪轂的平均凈利潤低于5%，如果采用慣性摩擦焊工藝，將實現(xiàn)汽車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，加工成本也會大幅降低。目前，國焊科技與用戶單位共同開發(fā)的焊接式輪轂，已通過一系列性能試驗。
“如果這種新工藝在輪轂制造上推廣應(yīng)用，有望為我國每年節(jié)約100萬噸鋁合金，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，成為上海制造的一個增長點。”
汽車輪轂客戶在國焊科技觀摩焊接試驗的全過程。蔣蕙攝
在長三角區(qū)域，占地7500平方米的“紹興極限制造加工中心”已立項，有望實現(xiàn)慣性摩擦焊技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的大范圍覆蓋。在汽車行業(yè)，國焊科技將與國內(nèi)頭部電機制造企業(yè)等合作，推動新能源汽車電機的輕量化和性能提升。在航天、高鐵和地鐵行業(yè)，國焊科技在與用戶單位合作，將摩擦塞補焊用于修補列車車體等產(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—國焊科技”校企合作團隊，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)字化虛擬樣機建模、焊接裝備的數(shù)字孿生系統(tǒng)構(gòu)建、基于焊接過程大數(shù)據(jù)的工藝參數(shù)優(yōu)化模型構(gòu)建、基于大語言模型及“外掛摩擦焊接過程綜合知識庫”的智能體研究……通過多學科交叉，國產(chǎn)先進焊接裝備的數(shù)字化、智能化水平將不斷提高，成為“中國智造”的一個新亮點。
來源：上觀新聞
