2012年，紅陽公司與某國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作研發(fā)激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)，正式踏足激光焊接領(lǐng)域。到如今也才過去6年，紅陽公司已經(jīng)成長為擁有激光焊接、切割、增材制造設(shè)備，以及先進(jìn)焊接技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)平臺和全國示范院士專家工作站的高新技術(shù)企業(yè)。

讓“高不可攀”變成“唾手可得”

隨著型號發(fā)展，高溫合金、高溫鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等高強(qiáng)、耐熱材料在型號產(chǎn)品中使用量逐年增多，傳統(tǒng)的焊接方法局限性日益凸顯?！耙欢ㄒ耆莆占す夂附舆@項(xiàng)新型技術(shù)”這既是公司領(lǐng)導(dǎo)的要求，也是公司適應(yīng)時(shí)代發(fā)展轉(zhuǎn)型升級必將啃下的“硬骨頭”。

近三年來，公司技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)開展多項(xiàng)特種異性材料的激光焊接工藝研究，實(shí)現(xiàn)了母材的等強(qiáng)連接，與母材相比焊縫室溫強(qiáng)度、塑性不降低，高溫強(qiáng)度不降低，焊接質(zhì)量達(dá)到I級焊縫質(zhì)量要求，相應(yīng)產(chǎn)品通過靜力試驗(yàn)、熱力試驗(yàn)以及飛行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)考核。

在特種異種材料激光焊接領(lǐng)域，最怕出現(xiàn)的問題就是不同的合金元素互熔造成沉淀析出。但難關(guān)是躲不過去的，只有攻克它才能掌握這項(xiàng)技術(shù)。項(xiàng)目攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在技術(shù)負(fù)責(zé)人王維新的帶領(lǐng)下，經(jīng)過近五十天連夜奮戰(zhàn)，經(jīng)過焊縫強(qiáng)度、塑性、微觀組織/斷口SEM形貌等一系列檢測分析，充分論證了異種鈦合金材料的可焊性和焊接穩(wěn)定性，相應(yīng)型號產(chǎn)品通過飛行試驗(yàn)驗(yàn)證考核，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了高溫鈦合金與常規(guī)鈦合金材料體系在蒙皮骨架舵翼產(chǎn)品上的工程化應(yīng)用。

公司激光技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)中“心高氣傲”的小伙子們才不會滿足于掌握技術(shù)，降本增效、工藝優(yōu)化才是他們的目標(biāo)。通過異種材料激光焊接工藝研究，公司成功地實(shí)現(xiàn)了低成本材料在關(guān)鍵結(jié)構(gòu)上的替換使用，為型號產(chǎn)品提供了一種低成本制造方法，在保證表面耐熱和結(jié)構(gòu)承力雙重要求的同時(shí)減少了高溫鈦合金用量，累計(jì)節(jié)約制造成本40%以上，也為設(shè)計(jì)人員在高溫服役環(huán)境下的輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更廣闊的設(shè)計(jì)空間，工藝研究過程對更多異種材料體系焊接具有較好的指導(dǎo)意義。曾經(jīng)顯得“高不可攀”的特種、異種的高溫合金焊接，在激光焊接技術(shù)支持下變得“唾手可得”。

讓“輕如鴻毛”變成“穩(wěn)如泰山”

航天產(chǎn)品的大型化必然導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)輕量化，其中典型代表就是柵格舵。柵格舵與以往傳統(tǒng)笨重的單翼面相比，有升力效率高、氣動阻尼大、氣動特性好等優(yōu)點(diǎn)，極大節(jié)省了產(chǎn)品的有效載荷，2016年，航天三江在國內(nèi)率先提出將柵格舵控制技術(shù)用于應(yīng)急空間飛行器型號中。

紅陽公司承接了此型號大尺寸柵格舵組件的研制，當(dāng)時(shí)世界上只有俄羅斯有能力使用激光焊接?xùn)鸥穸?。作為國?nèi)第一個“吃螃蟹”的人，將“輕如鴻毛”的柵格焊接成“穩(wěn)如泰山”的結(jié)構(gòu)舵難度是巨大的，公司領(lǐng)導(dǎo)對項(xiàng)目組的要求只有八個字“敢想敢做、敢作敢當(dāng)”。

針對柵格舵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，項(xiàng)目組創(chuàng)造性地提出了柵格片之間的“X”型插接、“L”型對接以及“V”型搭接的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了適應(yīng)激光焊接的定位焊、連續(xù)焊以及去應(yīng)力退火等高精度約束工裝，攻克了焊接變形與焊縫質(zhì)量控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜網(wǎng)狀薄壁柵格舵組件的激光焊接。

知其然還要知其所以然，刨根問底的“倔脾氣”是項(xiàng)目組成員的“通病”。項(xiàng)目組通過大量實(shí)驗(yàn)，首次研究證實(shí)了近間距大厚度焊接熔池下塌的缺陷機(jī)理，在充分考慮了激光焊接工藝參數(shù)以及激光束對縫偏差等因素的前提下，通過改進(jìn)接頭形式和增加小功率激光連續(xù)出光定位焊接等措施，徹底解決了柵格舵關(guān)鍵承力接頭激光焊接存在的技術(shù)難題。精益求精，不給自己設(shè)定“上限”是項(xiàng)目成員的共識。公司全面系統(tǒng)的提出了薄壁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的焊接變形控制措施，通過焊接仿真模擬分析，采取控制裝配精度、優(yōu)化焊接順序等手段，減小了結(jié)構(gòu)變形與內(nèi)應(yīng)力，焊接產(chǎn)品的整體性能優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，變形控制到達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先水平。

經(jīng)過近2年的技術(shù)研究，形成了一系列創(chuàng)新性成果，填補(bǔ)了國內(nèi)工作環(huán)境惡劣、承力要求高的柵格舵翼激光焊接制造關(guān)鍵技術(shù)空白。此型號柵格舵組件產(chǎn)品順利通過了靜力試驗(yàn)、風(fēng)洞試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)考核，在已成功發(fā)射2次的“快舟”系列固體運(yùn)載火箭上就有它的身影。

讓“盲人摸象”變成“一覽無余”

智能化、自動化是現(xiàn)代制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，各類仿真軟件在生產(chǎn)制造中也扮演著愈來愈重要的作用。一些以前忽視的應(yīng)力集中點(diǎn)在工藝仿真下變得“一覽無余”，通過預(yù)判可能出現(xiàn)的焊接缺陷，對焊接工藝提供了大量有效指導(dǎo)。用一款仿真軟件還不放心，項(xiàng)目組成員找來多款仿真軟件輪番上陣，力求無死角，大大減少了實(shí)驗(yàn)次數(shù)、縮短了研制周期，降低了研制費(fèi)用。

今年協(xié)外項(xiàng)目中航空無人機(jī)采用鈦合金框梁結(jié)構(gòu)，外形尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、載荷與疲勞壽命要求極高，鑄造工藝難以實(shí)現(xiàn)，分體件增材制造加激光焊接成形方案成為了不二選擇。3D打印鈦合金典型艙段可拆分為57項(xiàng)零件，焊縫數(shù)量有760多條，要求成形精度不大于2mm，焊接變形控制難度非常大。公司項(xiàng)目攻關(guān)團(tuán)隊(duì)并沒有望而生畏，決定拋棄傳統(tǒng)的實(shí)物試驗(yàn)與檢測分析，以產(chǎn)品三維模型與相應(yīng)的工藝手段為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品接頭形式、焊接參數(shù)、焊接次序、工裝約束等開展仿真模擬計(jì)算，預(yù)先評判工藝方案的可行性，保證以最佳工藝方案進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)件的試制。產(chǎn)品最終成形精度控制在0.8mm以內(nèi)，承載性能通過試驗(yàn)考核，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了鈦合金3D打印材料激光焊接工藝在航空無人機(jī)主承力結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，典型艙段激光焊接質(zhì)量與成形度獲得客戶好評。

今年某型號產(chǎn)品中防塵擋圈采用0.3mm錫青銅薄板進(jìn)行成形，面對只有三張紙厚的錫青銅，傳統(tǒng)的電阻焊、儲能點(diǎn)焊、銅銀釬焊等紛紛敗下陣來，熔核強(qiáng)度過低或焊接變形過大的問題始終未能解決，激光焊接技術(shù)項(xiàng)目組挺身而出，扮演起了“救火隊(duì)長”的角色。針對薄如紙片的特種材料，項(xiàng)目組采取一系列工藝仿真優(yōu)化措施實(shí)施后，試焊產(chǎn)品經(jīng)過X射線檢測與力學(xué)性能檢測，焊接質(zhì)量滿足I級焊縫要求，并且產(chǎn)品焊接變形量可控，最終產(chǎn)品順利交付。

既要埋頭干事，也要抬頭看路，今年，公司開創(chuàng)性地提出以機(jī)器視覺為核心的智能焊接生產(chǎn)技術(shù)，以新思維新技術(shù)大力解決激光焊接中的“老大難”。該視覺系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)來獲取焊接對象的三維形狀及位置信息，同時(shí)結(jié)合高動態(tài)范圍成像技術(shù)來消除金屬構(gòu)件表面的高光反射率造成的“高亮”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對焊縫坐標(biāo)位置的快速識別及離線編程，同時(shí)做到對焊接過程的在線監(jiān)測及動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，解決弱剛性構(gòu)件因焊接變形導(dǎo)致預(yù)設(shè)軌跡偏差問題。目前，基于機(jī)器視覺的智能焊接技術(shù)研究工作已經(jīng)啟動，預(yù)計(jì)到2019年可實(shí)現(xiàn)原理樣機(jī)的研制。

今年十月底，從全國焊接標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會第七屆三次會議上傳來喜訊，公司編制的國家標(biāo)準(zhǔn)《高溫鈦合金激光焊接技術(shù)要求》順利通過審查，在激光焊接的領(lǐng)域，紅陽人一直在大步向前。