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摘要：機械總院集團歷(li)經二十(shi)年(nian)系(xi)統研(yan)究(jiu)了(le)激光及激光電弧復合應用理論基礎(chu)、核心(xin)工(gong)藝、關(guan)鍵共性(xing)工(gong)程技術(shu)(shu)、成套裝備(bei)和(he)標準(zhun)體(ti)系(xi)等制約技術(shu)(shu)發展(zhan)的關(guan)鍵卡脖子問題，取(qu)得了(le)4項科技創新，解決(jue)了(le)海陸空多種新型戰(zhan)略武器、超級(ji)起重機、全(quan)新一代高速列車等一批(pi)大(da)國重器關(guan)鍵產(chan)品的關(guan)鍵焊(han)接(jie)難題，引領(ling)實現(xian)了(le)軌道交(jiao)通、工(gong)程機械、石化、煤炭等裝備(bei)制造領(ling)域傳統焊(han)接(jie)工(gong)藝的技術(shu)(shu)升級(ji)，推動了(le)我國裝備(bei)制造業的綠色、高質量發展(zhan)。

關鍵詞：關鍵焊接難題  科(ke)技創(chuang)新  技術升級(ji)   高質量發展

背景PART 01

機械科(ke)學研究總院集(ji)(ji)團(tuan)有限公司是國(guo)務(wu)院國(guo)資委直接監管的(de)(de)公益類中央大型科(ke)技(ji)企(qi)業(ye)(ye)集(ji)(ji)團(tuan)，始(shi)建于1956年(nian)。六十余年(nian)來，集(ji)(ji)團(tuan)始(shi)終堅守“提升中國(guo)裝(zhuang)備(bei)制造水(shui)平”的(de)(de)初心使命，持續深(shen)耕(geng)裝(zhuang)備(bei)制造業(ye)(ye)基(ji)礎共性(xing)技(ji)術(shu)研究，創造了200多(duo)項(xiang)全國(guo)工(gong)業(ye)(ye)領(ling)域的(de)(de)第一，累計取(qu)得7000多(duo)項(xiang)科(ke)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(xi)產業(ye)(ye)、冶金(jin)、化(hua)工(gong)、建筑等國(guo)民經濟和國(guo)防(fang)安全重(zhong)(zhong)要(yao)產業(ye)(ye)領(ling)域，為我國(guo)重(zhong)(zhong)大科(ke)技(ji)項(xiang)目攻關、重(zhong)(zhong)大工(gong)程建設(she)、行業(ye)(ye)共性(xing)關鍵技(ji)術(shu)發展(zhan)做出了巨大貢獻。

集團目前擁有19家(jia)(jia)全資及控股(gu)子企(qi)業(ye)(ye)（公司），建有1個國(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)制造業(ye)(ye)創新中(zhong)心、4個國(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)重(zhong)點實(shi)驗室、4個國(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)工程研(yan)究中(zhong)心，集科(ke)研(yan)開發、科(ke)技產業(ye)(ye)和技術服務三大業(ye)(ye)務功(gong)能為一體，是國(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)科(ke)技創新體系的(de)重(zhong)要組成部分和裝備制造業(ye)(ye)發展的(de)重(zhong)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(zai)國際(ji)科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)合作專(zhuan)項、哈(ha)爾(er)濱市(shi)科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)攻(gong)關(guan)(guan)計劃等項目的(de)支(zhi)持下，機械總院集(ji)團哈(ha)焊(han)院歷經(jing)二十年(nian)系統研究(jiu)了激(ji)光及(ji)激(ji)光電弧復合應用理論(lun)基礎、核心(xin)工(gong)藝、關(guan)(guan)鍵共性(xing)工(gong)程技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)、成套裝備和標準體系等制約技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)發展的(de)關(guan)(guan)鍵卡脖(bo)子(zi)問題，取得(de)了4項科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)創新：

• 首次提(ti)出了“雙(shuang)重(zhong)導電(dian)”、“電(dian)弧(hu)(hu)輻射增強”機(ji)制和“電(dian)弧(hu)(hu)等(deng)效(xiao)功率”熱源匹配模型，揭示了激(ji)光(guang)-電(dian)弧(hu)(hu)復合焊接(jie)物理作(zuo)用機(ji)制。

• 攻克了(le)25米大型薄(bo)壁鋁(lv)合(he)金型材連續穩(wen)定焊接、復雜(za)工況單面焊雙面成(cheng)形(xing)閉(bi)環控制、多(duo)層多(duo)道焊智能排序等關鍵工程技術難題，開(kai)發了(le)具有自主知識產(chan)權的形(xing)性可靠調控系列化激光(guang)及激光(guang)-電弧(hu)復合(he)焊接新工藝。

• 攻克了焊(han)接過程在線檢(jian)測、多軸協(xie)調及(ji)精度(du)補償(chang)、工(gong)況閉環控制等關鍵技術，研制出5大類(lei)、10余(yu)種系列(lie)化成(cheng)套國產(chan)激光及(ji)激光-電弧復合焊(han)接系統。

• 形成(cheng)了較為完整的激光(guang)及激光(guang)-電弧復合焊(han)接制造國家(jia)標準(zhun)體系。

鑒(jian)定專家認為，本項目技術成果整體(ti)水平(ping)達(da)到(dao)了國際先(xian)進(jin)水平(ping)，部分成果國際領先(xian)，在部分領域(yu)已實現了進(jin)口替代(dai)。

（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(da)噸(dun)位全路(lu)(lu)面(mian)汽(qi)車(che)起重(zhong)機(ji)(ji)通常(chang)是指吊裝能力大(da)于100噸(dun)的(de)(de)(de)產品，當前已(yi)經投放市場的(de)(de)(de)最大(da)噸(dun)位的(de)(de)(de)全路(lu)(lu)面(mian)汽(qi)車(che)起重(zhong)機(ji)(ji)為1200噸(dun)。伸臂(bei)是全路(lu)(lu)面(mian)汽(qi)車(che)起重(zhong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)關鍵部件，每臺起重(zhong)機(ji)(ji)通常(chang)有5-8節伸臂(bei)。伸臂(bei)的(de)(de)(de)原(yuan)有焊(han)(han)接工藝采用了“單絲MAG手(shou)工焊(han)(han)打(da)(da)底+雙(shuang)絲MAG焊(han)(han)填充”的(de)(de)(de)弧(hu)焊(han)(han)工藝，存在(zai)的(de)(de)(de)問題主(zhu)要有：采用自(zi)動化(hua)或(huo)機(ji)(ji)械(xie)化(hua)弧(hu)焊(han)(han)工藝無(wu)法(fa)實現伸臂(bei)的(de)(de)(de)單面(mian)焊(han)(han)雙(shuang)面(mian)成形(xing)焊(han)(han)接，必須(xu)依靠手(shou)工焊(han)(han)進行打(da)(da)底焊(han)(han)。而手(shou)工打(da)(da)底焊(han)(han)勞動強度大(da)，操作環境(jing)惡劣，焊(han)(han)縫質量的(de)(de)(de)可靠穩定性(xing)差。焊(han)(han)接變(bian)形(xing)大(da)，且(qie)焊(han)(han)接變(bian)形(xing)無(wu)規(gui)律，焊(han)(han)后校形(xing)處理工作量大(da)、難度大(da)。

針對全路面汽車(che)起重機伸臂原有(you)弧(hu)焊工藝(yi)(yi)存在的(de)技(ji)術問題(ti)，機械(xie)總院集團設計(ji)開發了(le)(le)我國第一套(tao)在焊接(jie)(jie)生產線(xian)上(shang)應(ying)用(yong)的(de)大(da)功(gong)率固體激(ji)光(guang)-熔化極電(dian)弧(hu)復合熱源焊接(jie)(jie)專(zhuan)機，并成(cheng)功(gong)地應(ying)用(yong)于了(le)(le)伸臂的(de)焊接(jie)(jie)生產，重點解(jie)決了(le)(le)原有(you)弧(hu)焊工藝(yi)(yi)存在的(de)關(guan)鍵技(ji)術問題(ti)。

項目投入使(shi)用后，累計焊(han)接伸(shen)臂9000多根，裝配1400多臺大(da)噸位(wei)起重機產品，焊(han)縫累計長(chang)度超過300公里(li)，為(wei)企(qi)業(ye)創造(zao)直接經濟(ji)效(xiao)益近8億元，間(jian)接經濟(ji)效(xiao)益40多億元，大(da)幅度提升了(le)我國工程(cheng)機械裝備(bei)的整體制造(zao)水平，引領了(le)行業(ye)技術進步，為(wei)企(qi)業(ye)帶來良好的經濟(ji)效(xiao)益和社會效(xiao)益。技術成(cheng)果曾獲2018年中央電視臺《中國財(cai)經報(bao)道(dao)——感受中國制造(zao)新高度》欄目報(bao)道(dao)。

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(gao)速(su)磁浮作為一(yi)種(zhong)新型(xing)尖端軌道交通技術(shu)，是科技部“十三五”國家(jia)重點研發(fa)計劃“先(xian)進(jin)軌道交通”重點專(zhuan)項的(de)(de)課題之一(yi)，其優勢已被越來越多的(de)(de)國家(jia)關(guan)注。日本(ben)的(de)(de)超導磁浮技術(shu)實現603km/h的(de)(de)試驗(yan)(yan)速(su)度(du)，德(de)國的(de)(de)磁浮技術(shu)最高(gao)試驗(yan)(yan)速(su)度(du)達到505km/h，而(er)時速(su)600公里高(gao)速(su)磁浮系統及工(gong)程(cheng)化應用在我國尚屬空白。

鋁(lv)合(he)金車(che)體作為(wei)600公里高(gao)速磁(ci)浮列車(che)的關鍵部件，其結(jie)構特點、制造理念與(yu)傳統動車(che)組(zu)截然不同(tong)，具(ju)體體現在：

1、傳統動(dong)車(che)車(che)體(ti)重(zhong)(zhong)量(liang)約為(wei)9噸，而磁浮車(che)體(ti)重(zhong)(zhong)量(liang)要求小(xiao)于6.7噸，構成車(che)體(ti)的鋁合金(jin)雙(shuang)層型材的壁厚和(he)焊接厚度(du)(du)均(jun)減小(xiao)，焊接變形控(kong)制(zhi)難(nan)度(du)(du)大(da)幅(fu)增大(da)。

2、磁浮(fu)車(che)體(ti)的制(zhi)造(zao)(zao)精(jing)度公差(cha)進一步提(ti)高(gao)，僅為傳統(tong)動(dong)車(che)的1/2～1/4。磁浮(fu)車(che)體(ti)制(zhi)造(zao)(zao)要(yao)求焊后(hou)免調修(xiu)，這(zhe)與傳統(tong)動(dong)車(che)一般采用焊后(hou)機械+火焰調修(xiu)方法有很(hen)大(da)區別，這(zhe)對(dui)焊接變形精(jing)度控(kong)制(zhi)提(ti)出更高(gao)要(yao)求。

3、磁浮車體(ti)的強(qiang)度(du)指標高(gao)于(yu)傳統動車，磁浮車體(ti)靜(jing)強(qiang)度(du)安全系(xi)數大于(yu)1。

4、疲勞(lao)壽命按照(zhao)氣密強度滿足±7000Pa、1000萬次進行評估。這(zhe)對焊(han)接(jie)接(jie)頭質量提出更高要求(qiu)。

新(xin)的(de)(de)結(jie)構、制造(zao)精(jing)度和(he)服役性(xing)能(neng)對(dui)(dui)車(che)(che)體部(bu)件焊(han)接(jie)(jie)工(gong)藝(yi)(yi)及(ji)裝備提出了新(xin)的(de)(de)要求和(he)挑戰。傳(chuan)統的(de)(de)工(gong)藝(yi)(yi)方(fang)法存在焊(han)接(jie)(jie)變形大、接(jie)(jie)頭強(qiang)度弱化(hua)(hua)、生(sheng)產效率低(di)等(deng)關鍵工(gong)程(cheng)問(wen)題(ti)，已無法滿足新(xin)一(yi)(yi)代磁懸浮列車(che)(che)對(dui)(dui)車(che)(che)體部(bu)件高(gao)精(jing)度、高(gao)質量、高(gao)性(xing)能(neng)的(de)(de)苛刻(ke)要求。選(xuan)擇一(yi)(yi)種高(gao)效優質的(de)(de)先進(jin)焊(han)接(jie)(jie)新(xin)工(gong)藝(yi)(yi)方(fang)法，通過系統研究及(ji)工(gong)程(cheng)化(hua)(hua)驗證，建立起完整的(de)(de)新(xin)型焊(han)接(jie)(jie)制造(zao)工(gong)藝(yi)(yi)體系和(he)質量評價體系，是解決上述高(gao)速磁浮列車(che)(che)車(che)(che)體制造(zao)關鍵問(wen)題(ti)最有效的(de)(de)、且(qie)唯一(yi)(yi)的(de)(de)途(tu)徑。

機械總院(yuan)集(ji)團哈焊(han)(han)院(yuan)研發的(de)激光(guang)-電弧(hu)復(fu)合焊(han)(han)接的(de)主要(yao)技術(shu)優(you)勢恰好可以(yi)彌補傳統弧(hu)焊(han)(han)和攪拌摩擦焊(han)(han)的(de)不(bu)足，是解決新一代(dai)600km/h磁(ci)浮(fu)列車制(zhi)造(zao)關鍵(jian)問題，確保實現車體部(bu)件輕量化、高(gao)精度、高(gao)可靠性制(zhi)造(zao)的(de)最佳工藝(yi)選(xuan)擇(ze)。項目(mu)的(de)成(cheng)功(gong)實施能夠滿足軌道交通(tong)領域新一代(dai)600km/h磁(ci)浮(fu)列車制(zhi)造(zao)的(de)迫切需求，促進(jin)我(wo)國高(gao)速磁(ci)懸浮(fu)列車完全自(zi)主化與產業化進(jin)程(cheng)，也有利于提升(sheng)我(wo)國高(gao)端激光(guang)加工成(cheng)套工藝(yi)及裝(zhuang)備的(de)技術(shu)水平，為企業帶來(lai)良(liang)好的(de)社會效益(yi)(yi)和經(jing)濟效益(yi)(yi)，項目(mu)意義重(zhong)大。

履責成效PART 03

機械總院(yuan)集(ji)團哈焊院(yuan)研發的激光(guang)及(ji)激光(guang)-電弧復(fu)合(he)焊關鍵(jian)應用基礎、工程技術與成套(tao)裝(zhuang)備項(xiang)目獲得授(shou)權發明專利(li)19件(jian)(jian)、實(shi)用新型(xing)專利(li)4件(jian)(jian)、軟(ruan)件(jian)(jian)著作(zuo)權1件(jian)(jian)；制定國際標準（CD階段）1項(xiang)、國家標準9項(xiang)、行(xing)業標準1項(xiang)。

技術成果(guo)已在(zai)軍工(gong)、工(gong)程機械(xie)、軌道(dao)交通、石化(hua)、煤炭機械(xie)、造船(chuan)等領(ling)域獲(huo)得了較為廣泛的應用，累(lei)計銷售各類激光(guang)焊接裝備23臺套，完成9000多根起大(da)型重機伸臂(bei)焊接（焊縫總長度超(chao)過(guo)300km），焊接各種(zhong)軌道(dao)車輛3443輛，累(lei)計銷售收入超(chao)77億元，創外匯19億美(mei)元。該成果(guo)獲(huo)得2019年度中國機械(xie)工(gong)業(ye)科學技術獎一(yi)等獎。

展望PART 04

面向(xiang)未來，機械總(zong)院(yuan)集團(tuan)將堅持以提升中(zhong)國(guo)裝(zhuang)備(bei)制造(zao)(zao)水平(ping)(ping)為(wei)己任，不忘初(chu)心，牢記使(shi)命，推(tui)進(jin)實(shi)施創新驅動(dong)發(fa)展(zhan)戰略(lve)，聚焦國(guo)家(jia)戰略(lve)、行(xing)業(ye)急需“卡脖子(zi)”、“短板”技(ji)術(shu)方向(xiang)，瞄準先進(jin)制造(zao)(zao)中(zhong)的(de)高端材料、共性技(ji)術(shu)及裝(zhuang)備(bei)，積(ji)極(ji)打造(zao)(zao)面向(xiang)行(xing)業(ye)技(ji)術(shu)進(jin)步的(de)創新平(ping)(ping)臺、面向(xiang)產(chan)業(ye)發(fa)展(zhan)的(de)服(fu)務平(ping)(ping)臺和面向(xiang)國(guo)家(jia)重大工程(cheng)(cheng)的(de)支(zhi)撐平(ping)(ping)臺，致力于成為(wei)行(xing)業(ye)科技(ji)創新領跑(pao)者、重大工程(cheng)(cheng)支(zhi)撐者、科技(ji)產(chan)業(ye)主力軍，努力打造(zao)(zao)“百年科技(ji)研發(fa)集團(tuan)”，堅定履行(xing)公益類科技(ji)型中(zhong)央企業(ye)的(de)政(zheng)治責任、經濟責任和社會責任，為(wei)建(jian)設(she)現代化制造(zao)(zao)強國(guo)、實(shi)現偉大復興中(zhong)國(guo)夢做出新的(de)更大貢獻！

【責(ze)任編輯：李沐(mu)霖(lin)】