航天科技一院211厂持续创新实现搅拌摩擦焊技术新飞跃

文章来源:中国航天报 发布时间:2016-12-07

11月3日,我国新一代大型运载火箭长征五号首飞成功,所应用的240余项新技术成为世界关注的焦点。其中,搅拌摩擦焊接技术使我国贮箱焊接技术达到国际先进水平,背后凝结了航天科技集团一院211厂科研人员16年的心血付出。

助力长五 以“智”取胜

搅拌摩擦焊技术应用于火箭贮箱焊接,长五并不是第一个。但是,在长五火箭上,该技术顺利解决了长直类纵缝的恒位移、变曲线焊缝的恒压力及大直径封闭环缝无匙孔焊接等难题,开了智能制造的先河。

搅拌摩擦焊技术源自于1991年的英国。该焊接接头缺陷少、质量高、变形小,焊接过程环保无污染,应用在航天产品上优势明显。

长五二级氧箱直径为3.35米,采用悬挂结构,相对于常规贮箱,其结构特殊性使接头需承受内压、轴拉和弯矩的复合载荷。为此,211厂决定在长五火箭二级氧箱上的长直类纵缝、变曲线焊缝和大直径封闭环缝上均采用搅拌摩擦焊技术。

长五所有贮箱长度均比现役火箭贮箱长,而在长直类焊缝焊接中,长度越长,保持焊缝一致性的难度就越大。为此,该厂开发出恒位移控制技术,在焊接过程中不断对焊缝位置进行测量、反馈,实时修正主轴位置,成功保证了焊缝全程的一致性和稳定性。

搅拌摩擦焊技术在变曲线焊缝和大直径封闭环缝的应用,是该厂在搅拌摩擦焊技术上的又一进步。

为解决变曲线焊缝无法实时保持焊接下压量一致的难题,该厂研发出恒压力控制装置,根据焊缝反馈压力实时调整下压力,实现了焊缝的一致性。而在大直径封闭环缝焊接上,该厂则成功应用了其自主开发的长寿命可回抽搅拌头和可回抽搅拌头焊接技术,顺利解决了匙孔消除和搅拌头寿命等难题。

攻关16年 厚积薄发

搅拌摩擦焊技术在长五上的成功应用,得益于211厂16年来的执著攻关。

2001年,该厂在国内率先对搅拌摩擦焊技术进行工艺研究。然而,一切从零开始、“独上高楼”的感觉并不好受。从起初的直线焊接,到空间曲线焊接,再到封闭环形焊缝;从最简单的对接焊,到搭接焊,再到新型火箭贮箱的锁底焊……该厂瞄准世界前沿,采用“分步实施、步步为营、风险最小”策略,走出了一条由简入难、稳扎稳打的攻关路。

2004年夏,具有里程碑意义的时刻到来了。就在这个夏天,该厂自主研制的首件搅拌摩擦焊试验件贮箱下架,并在以龙乐豪、刘竹生院士为代表的火箭、焊接专家面前通过了严格的质量检测。

专家给出权威结论:“这是我国第一次将搅拌摩擦焊技术成功应用于运载火箭贮箱上,其综合技术达到国外同类火箭贮箱搅拌摩擦焊的先进水平。”

2008年,该厂结合7年来的技术储备和系统、充分的焊接试验验证,成功编制出搅拌摩擦焊航天行业系列标准,填补了国内航天系统搅拌摩擦焊技术标准的空白。

2009年,由搅拌摩擦焊焊接而成的长直类纵缝首次应用在了长征三号丙火箭上,211厂由此成为国内航天领域首个成功实现搅拌摩擦焊飞行考核的单位。

2012年,变曲线焊缝成功应用在了两发长三甲系列火箭上。

2016年,长直类纵缝、变曲线焊缝及大直径封闭环缝同时成功应用在长五贮箱上,211厂首次实现了三大类焊缝的同时飞行考核。

经过16年的攻关,如今211厂已形成了集搅拌摩擦焊技术研究、无损检测、标准制定、大型非标装备研制为一体的搅拌摩擦焊技术新体系,并陆续完成了5项航天行业标准的编制,获得国防科学技术进步一等奖两项、二等奖一项。荣誉的背后,则是不懈的努力和持续的创新。(吴思 张昊)