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摘要：機械總院集(ji)團歷(li)經二十(shi)年(nian)系統研究了(le)(le)激光及激光電(dian)弧復(fu)合應用理論基礎、核(he)心工(gong)藝、關鍵(jian)共(gong)性工(gong)程(cheng)技術(shu)、成套裝(zhuang)備和標準(zhun)體系等制約(yue)技術(shu)發展的(de)關鍵(jian)卡(ka)脖(bo)子問(wen)題(ti)，取得(de)了(le)(le)4項科技創新(xin)，解決了(le)(le)海(hai)陸空多(duo)種新(xin)型戰略武(wu)器(qi)、超級起重(zhong)機、全(quan)新(xin)一代高速列(lie)車等一批大國重(zhong)器(qi)關鍵(jian)產品的(de)關鍵(jian)焊接(jie)難題(ti)，引領實現了(le)(le)軌道(dao)交通、工(gong)程(cheng)機械、石(shi)化、煤炭等裝(zhuang)備制造領域傳(chuan)統焊接(jie)工(gong)藝的(de)技術(shu)升級，推動了(le)(le)我(wo)國裝(zhuang)備制造業的(de)綠色、高質(zhi)量發展。

關鍵詞：關鍵焊(han)接(jie)難題  科技(ji)創(chuang)新(xin)  技(ji)術升級   高質量發(fa)展

背景PART 01

機械科(ke)(ke)(ke)學研究(jiu)總(zong)院集團有限公(gong)司是國(guo)務院國(guo)資委(wei)直接監(jian)管的公(gong)益類中央大(da)型科(ke)(ke)(ke)技企業(ye)(ye)(ye)集團，始建于(yu)1956年。六十余年來，集團始終(zhong)堅守“提升中國(guo)裝備制(zhi)(zhi)造(zao)水(shui)平(ping)”的初心使命(ming)，持續深耕裝備制(zhi)(zhi)造(zao)業(ye)(ye)(ye)基礎共性技術研究(jiu)，創造(zao)了(le)200多(duo)項(xiang)全(quan)(quan)國(guo)工(gong)業(ye)(ye)(ye)領域(yu)的第一，累計取得7000多(duo)項(xiang)科(ke)(ke)(ke)研成果(guo)，廣泛應用于(yu)機械制(zhi)(zhi)造(zao)、汽車、航空航天、環保、能源、交通(tong)運輸、信息產(chan)(chan)業(ye)(ye)(ye)、冶金、化工(gong)、建筑等國(guo)民經濟和國(guo)防安全(quan)(quan)重要產(chan)(chan)業(ye)(ye)(ye)領域(yu)，為我國(guo)重大(da)科(ke)(ke)(ke)技項(xiang)目(mu)攻關、重大(da)工(gong)程建設、行業(ye)(ye)(ye)共性關鍵技術發(fa)展做出了(le)巨大(da)貢獻。

集團(tuan)目前(qian)擁有19家(jia)(jia)全資及控股子企業（公司(si)），建有1個(ge)國家(jia)(jia)制造業創新中心、4個(ge)國家(jia)(jia)重(zhong)點實驗室(shi)、4個(ge)國家(jia)(jia)工程研究中心，集科(ke)(ke)研開發、科(ke)(ke)技(ji)產業和(he)技(ji)術服(fu)務(wu)三大業務(wu)功能為(wei)一體，是(shi)國家(jia)(jia)科(ke)(ke)技(ji)創新體系的(de)重(zhong)要(yao)(yao)組(zu)成部(bu)分(fen)和(he)裝備制造業發展(zhan)的(de)重(zhong)要(yao)(yao)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(ke)技(ji)合作專項、哈爾濱市科(ke)技(ji)攻(gong)關(guan)計劃(hua)等項目(mu)的(de)支持下，機械總院(yuan)集團哈焊院(yuan)歷經二十年系(xi)統研究了(le)激光(guang)及激光(guang)電(dian)弧復(fu)合應用理論基礎(chu)、核心工(gong)藝、關(guan)鍵共性工(gong)程技(ji)術、成套裝備(bei)和標準體系(xi)等制約(yue)技(ji)術發展的(de)關(guan)鍵卡脖子問題，取得了(le)4項科(ke)技(ji)創新：

• 首(shou)次提(ti)出了“雙重導電”、“電弧輻(fu)射增強”機制(zhi)(zhi)和(he)“電弧等效功率(lv)”熱源匹配模型(xing)，揭示了激光(guang)-電弧復合(he)焊接物理作用機制(zhi)(zhi)。

• 攻克了(le)25米大型薄壁鋁(lv)合金(jin)型材連續穩定焊接、復雜(za)工況單(dan)面焊雙(shuang)面成形閉環控制、多(duo)層多(duo)道焊智能排序等(deng)關鍵工程技術難題，開發了(le)具有自主知識產權的形性可靠調控系列化(hua)激光(guang)及激光(guang)-電弧復合焊接新工藝(yi)。

• 攻克了焊(han)接(jie)過程在線檢測、多軸(zhou)協(xie)調及精度(du)補(bu)償、工況閉環控制(zhi)等(deng)關鍵(jian)技(ji)術，研制(zhi)出5大(da)類、10余種系列(lie)化成(cheng)套國產激光及激光-電弧復合焊(han)接(jie)系統(tong)。

• 形成了較(jiao)為完整的激光及(ji)激光-電(dian)弧復合(he)焊接(jie)制造國家標準(zhun)體系。

鑒定專家認為，本項目技術成果整體水平(ping)達到(dao)了(le)國(guo)際(ji)先進水平(ping)，部(bu)(bu)分成果國(guo)際(ji)領先，在部(bu)(bu)分領域(yu)已實現了(le)進口替(ti)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)噸位全(quan)路(lu)面汽車起(qi)(qi)重(zhong)(zhong)(zhong)機(ji)(ji)通常是指吊裝(zhuang)能力大(da)于100噸的(de)(de)產品(pin)，當前(qian)已經投放市場的(de)(de)最大(da)噸位的(de)(de)全(quan)路(lu)面汽車起(qi)(qi)重(zhong)(zhong)(zhong)機(ji)(ji)為1200噸。伸臂是全(quan)路(lu)面汽車起(qi)(qi)重(zhong)(zhong)(zhong)機(ji)(ji)的(de)(de)關鍵部(bu)件，每臺(tai)起(qi)(qi)重(zhong)(zhong)(zhong)機(ji)(ji)通常有(you)5-8節(jie)伸臂。伸臂的(de)(de)原有(you)焊(han)(han)接(jie)工藝(yi)采用(yong)了“單(dan)絲MAG手工焊(han)(han)打(da)(da)底+雙絲MAG焊(han)(han)填充”的(de)(de)弧(hu)焊(han)(han)工藝(yi)，存在的(de)(de)問題主要有(you)：采用(yong)自(zi)動化或(huo)機(ji)(ji)械(xie)化弧(hu)焊(han)(han)工藝(yi)無(wu)法實現伸臂的(de)(de)單(dan)面焊(han)(han)雙面成形(xing)焊(han)(han)接(jie)，必須依靠手工焊(han)(han)進行(xing)打(da)(da)底焊(han)(han)。而(er)手工打(da)(da)底焊(han)(han)勞動強度大(da)，操(cao)作環境惡劣，焊(han)(han)縫(feng)質量(liang)的(de)(de)可靠穩(wen)定性差。焊(han)(han)接(jie)變形(xing)大(da)，且焊(han)(han)接(jie)變形(xing)無(wu)規律，焊(han)(han)后校(xiao)形(xing)處理工作量(liang)大(da)、難(nan)度大(da)。

針對全路面汽(qi)車起重機伸臂原有弧(hu)焊工藝存(cun)在的(de)技術(shu)問(wen)題(ti)，機械總院集(ji)團設計開發(fa)了(le)我國第一套在焊接生(sheng)產(chan)線上應(ying)用的(de)大功(gong)率固體激光-熔化極電弧(hu)復合熱(re)源焊接專機，并成功(gong)地應(ying)用于(yu)了(le)伸臂的(de)焊接生(sheng)產(chan)，重點解決(jue)了(le)原有弧(hu)焊工藝存(cun)在的(de)關鍵(jian)技術(shu)問(wen)題(ti)。

項目投入使用(yong)后(hou)，累計焊接伸臂9000多(duo)根，裝配1400多(duo)臺大噸位(wei)起重機(ji)產品，焊縫累計長度(du)超過300公(gong)里，為(wei)企(qi)業創造(zao)(zao)直接經(jing)(jing)濟(ji)(ji)效(xiao)益(yi)近8億元，間(jian)接經(jing)(jing)濟(ji)(ji)效(xiao)益(yi)40多(duo)億元，大幅度(du)提升了(le)我國工程機(ji)械(xie)裝備的(de)整體制(zhi)造(zao)(zao)水平，引領了(le)行業技(ji)術進步，為(wei)企(qi)業帶來良好的(de)經(jing)(jing)濟(ji)(ji)效(xiao)益(yi)和社會效(xiao)益(yi)。技(ji)術成果曾獲(huo)2018年中(zhong)央電視臺《中(zhong)國財經(jing)(jing)報(bao)(bao)道——感(gan)受中(zhong)國制(zhi)造(zao)(zao)新高度(du)》欄目報(bao)(bao)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(gao)速磁(ci)(ci)浮作為一種新型尖端軌道交通(tong)技(ji)術，是(shi)科技(ji)部“十三五(wu)”國(guo)家重點研(yan)發(fa)計劃“先進軌道交通(tong)”重點專項(xiang)的課(ke)題之一，其優(you)勢已(yi)被(bei)越來越多(duo)的國(guo)家關注。日(ri)本的超導磁(ci)(ci)浮技(ji)術實現603km/h的試驗(yan)速度(du)，德(de)國(guo)的磁(ci)(ci)浮技(ji)術最高(gao)試驗(yan)速度(du)達(da)到505km/h，而時(shi)速600公里高(gao)速磁(ci)(ci)浮系統及工(gong)程化應用在我國(guo)尚屬(shu)空白。

鋁合金車體作為600公里高速磁浮列車的關鍵(jian)部件，其結構特點、制造理念與傳統動車組截然不同(tong)，具體體現在：

1、傳統(tong)動(dong)車(che)車(che)體(ti)重(zhong)量(liang)約(yue)為(wei)9噸，而磁浮車(che)體(ti)重(zhong)量(liang)要求小(xiao)于6.7噸，構成車(che)體(ti)的鋁合金雙層型(xing)材的壁厚和(he)焊接(jie)厚度均減小(xiao)，焊接(jie)變形控(kong)制難度大幅增大。

2、磁浮(fu)(fu)車體的制造(zao)精度公差進一(yi)步提(ti)高，僅為傳統動(dong)車的1/2～1/4。磁浮(fu)(fu)車體制造(zao)要求(qiu)焊(han)后免調修(xiu)，這與傳統動(dong)車一(yi)般采用焊(han)后機械+火焰調修(xiu)方(fang)法(fa)有很大區別，這對焊(han)接變形精度控制提(ti)出更(geng)高要求(qiu)。

3、磁浮(fu)車體的強(qiang)度指標高于傳統(tong)動(dong)車，磁浮(fu)車體靜強(qiang)度安全系數大于1。

4、疲勞(lao)壽命按照(zhao)氣密強度滿足±7000Pa、1000萬次進行評估。這對焊接接頭質(zhi)量提(ti)出更高要(yao)求。

新(xin)的(de)(de)結(jie)構、制造精(jing)度(du)(du)和服役性能對車(che)(che)體(ti)部(bu)件焊(han)接工(gong)(gong)(gong)藝(yi)及裝備提出了新(xin)的(de)(de)要(yao)求(qiu)(qiu)和挑(tiao)戰。傳統(tong)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)方法存在焊(han)接變(bian)形大、接頭強(qiang)度(du)(du)弱化、生產效率低等關鍵(jian)工(gong)(gong)(gong)程問(wen)題(ti)(ti)，已無法滿足新(xin)一(yi)(yi)代磁懸浮列(lie)車(che)(che)對車(che)(che)體(ti)部(bu)件高(gao)精(jing)度(du)(du)、高(gao)質(zhi)量(liang)、高(gao)性能的(de)(de)苛(ke)刻要(yao)求(qiu)(qiu)。選擇一(yi)(yi)種高(gao)效優(you)質(zhi)的(de)(de)先進焊(han)接新(xin)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)方法，通(tong)過系(xi)統(tong)研究及工(gong)(gong)(gong)程化驗證(zheng)，建立(li)起完(wan)整的(de)(de)新(xin)型焊(han)接制造工(gong)(gong)(gong)藝(yi)體(ti)系(xi)和質(zhi)量(liang)評價體(ti)系(xi)，是解決上述(shu)高(gao)速磁浮列(lie)車(che)(che)車(che)(che)體(ti)制造關鍵(jian)問(wen)題(ti)(ti)最有效的(de)(de)、且唯一(yi)(yi)的(de)(de)途徑。

機械總院集團哈焊(han)院研發(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)光-電(dian)弧復合焊(han)接的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要技(ji)術優(you)勢恰好可以彌(mi)補傳統弧焊(han)和(he)攪拌摩擦焊(han)的(de)(de)(de)(de)(de)不足(zu)，是解決新一代600km/h磁(ci)浮列車(che)制造關鍵問題，確保實現(xian)車(che)體部件輕量(liang)化(hua)(hua)、高(gao)(gao)(gao)(gao)精度、高(gao)(gao)(gao)(gao)可靠(kao)性制造的(de)(de)(de)(de)(de)最佳(jia)工(gong)(gong)藝選擇。項目的(de)(de)(de)(de)(de)成功(gong)實施(shi)能夠(gou)滿(man)足(zu)軌(gui)道交通(tong)領域新一代600km/h磁(ci)浮列車(che)制造的(de)(de)(de)(de)(de)迫切(qie)需求，促進(jin)(jin)我國高(gao)(gao)(gao)(gao)速磁(ci)懸浮列車(che)完(wan)全自主(zhu)化(hua)(hua)與(yu)產業(ye)化(hua)(hua)進(jin)(jin)程，也有利(li)于提升(sheng)我國高(gao)(gao)(gao)(gao)端(duan)激(ji)光加工(gong)(gong)成套(tao)工(gong)(gong)藝及裝備的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術水平，為企業(ye)帶來良好的(de)(de)(de)(de)(de)社(she)會效益(yi)和(he)經(jing)濟(ji)效益(yi)，項目意義重大。

履責成效PART 03

機械總(zong)院集團哈焊(han)院研發的激光及激光-電弧復合焊(han)關鍵應用基礎、工程技術與成套(tao)裝(zhuang)備項(xiang)目獲得授權發明專利19件、實用新型專利4件、軟(ruan)件著作(zuo)權1件；制定國際標準（CD階段）1項(xiang)、國家標準9項(xiang)、行業標準1項(xiang)。

技術(shu)成果已(yi)在軍(jun)工、工程機(ji)械、軌(gui)(gui)道交通、石化(hua)、煤(mei)炭機(ji)械、造船等領域獲(huo)得了較為(wei)廣(guang)泛(fan)的應用(yong)，累(lei)計銷售(shou)各類(lei)激光(guang)焊(han)接(jie)裝備23臺套，完成9000多根起大型(xing)重(zhong)機(ji)伸(shen)臂(bei)焊(han)接(jie)（焊(han)縫總長度(du)超過300km），焊(han)接(jie)各種軌(gui)(gui)道車輛(liang)3443輛(liang)，累(lei)計銷售(shou)收入超77億元，創外匯(hui)19億美元。該成果獲(huo)得2019年度(du)中國(guo)機(ji)械工業科(ke)學技術(shu)獎(jiang)一等獎(jiang)。

展望PART 04

面(mian)向(xiang)(xiang)未(wei)來，機械(xie)總院集團將(jiang)堅(jian)持以提升中(zhong)(zhong)(zhong)國裝備制造水(shui)平為(wei)己任(ren)，不忘初心(xin)，牢(lao)記使命(ming)，推進實施創新驅動發(fa)展(zhan)戰略(lve)，聚焦國家戰略(lve)、行(xing)業(ye)急(ji)需“卡脖子”、“短(duan)板”技(ji)術(shu)方向(xiang)(xiang)，瞄(miao)準先進制造中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)高(gao)端材(cai)料、共性技(ji)術(shu)及裝備，積極(ji)打造面(mian)向(xiang)(xiang)行(xing)業(ye)技(ji)術(shu)進步(bu)的(de)(de)創新平臺(tai)、面(mian)向(xiang)(xiang)產業(ye)發(fa)展(zhan)的(de)(de)服務(wu)平臺(tai)和(he)面(mian)向(xiang)(xiang)國家重(zhong)大(da)工(gong)程(cheng)的(de)(de)支撐平臺(tai)，致力(li)于(yu)成為(wei)行(xing)業(ye)科技(ji)創新領跑者、重(zhong)大(da)工(gong)程(cheng)支撐者、科技(ji)產業(ye)主力(li)軍，努力(li)打造“百(bai)年科技(ji)研發(fa)集團”，堅(jian)定履行(xing)公益類科技(ji)型中(zhong)(zhong)(zhong)央企業(ye)的(de)(de)政治責(ze)任(ren)、經濟(ji)責(ze)任(ren)和(he)社會責(ze)任(ren)，為(wei)建設(she)現代化制造強國、實現偉大(da)復興中(zhong)(zhong)(zhong)國夢做出新的(de)(de)更(geng)大(da)貢(gong)獻！

【責(ze)任編輯：李(li)沐霖】