提起火箭貯箱總對接環(huán)縫的焊接，很容易聯(lián)想到一群工人拖著大筒段在不同工位間不停地忙碌。“不久后，這樣的一幕將很難再見到了。”中國航天科技集團公司首席工藝專家、集團公司八院149廠總工程師兼副廠長郭立杰感慨地說。

近日，我國首臺大型環(huán)縫總對接攪拌摩擦焊接裝備在中國航天科技集團公司八院149廠完成研制，并交付車間使用。該裝備可在同一工位實現(xiàn)大型火箭貯箱多節(jié)筒段與箱底的裝夾運動、端面銑削、支撐定位、攪拌摩擦焊接和質量監(jiān)控等，總體性能和技術指標達到國際先進水平，為實現(xiàn)運載火箭貯箱全攪拌摩擦焊提供了先進可靠、擁有自主知識產權的關鍵高端裝備。

高端裝備自主化

走進149廠焊接現(xiàn)場，一臺20多米長的龐然大物赫然出現(xiàn)在眼前：左側是新一代運載火箭的貯箱，3個筒段已經完成環(huán)縫焊接；右側是內支撐，是一個像傘一樣可以分16個弧面不同程度收縮的“轱轆”；中間則是一個車裝焊一體化的龍門式機床，配有焊接主軸、外夾盤、壓力和溫度監(jiān)測裝置、攝像頭等，堪稱巨型設備與精密儀器的完美結合。

“這就是目前國內第一臺可實現(xiàn)火箭貯箱總對接環(huán)縫攪拌摩擦焊接、第一臺集成多種多功能、體積最大的攪拌摩擦焊接裝備。”據(jù)航天工程裝備（蘇州）有限公司副總經理喬汝旺介紹，在美國、日本等工業(yè)先進國家，攪拌摩擦焊技術已逐步替代了以往的熔焊工藝，航天大型關鍵結構的銑削、裝夾、焊接一體化數(shù)控復合加工技術與裝備首先是在這些國家得到工業(yè)應用。

我國攪拌摩擦焊技術研究及裝備研制盡管起步比一些工業(yè)先進國家較晚，但差距并不大。在新一代運載火箭研制需求牽引下，經過多年的努力，149廠和211廠逐步探索出部分攪拌摩擦焊裝備和工藝，在火箭貯箱筒段縱縫、箱底縱縫和環(huán)縫以及其他一些航天產品上得到了應用，并成功推廣到電子、電力、船舶、鐵道車輛等行業(yè)。

今年4月，該廠已成功用這臺裝備焊接了直徑3.35米的運載火箭貯箱試驗件。結果表明，與傳統(tǒng)熔焊相比，該試驗件焊接變形明顯減小，無焊接缺陷，焊接過程中沒有弧光、輻射和金屬蒸發(fā)，真正實現(xiàn)了高質量、綠色環(huán)保制造。

功能集成創(chuàng)新多

“它并不是簡單的功能集成和設備放大，而是使用了很多新技術、新材料、新工藝和新裝置。”該廠項目團隊成員細數(shù)道，“其中最關鍵的是高精度裝配技術。”

由于攪拌摩擦焊接產生的頂鍛力會使焊接工件發(fā)生偏移和變形，如何在幾噸力的作用下，使工裝仍然保持足夠的剛性是設備制造的關鍵技術之一。為此，研發(fā)人員花了半年的時間，對多個800毫米直徑的縮比試驗件進行了試驗摸索。

設計人員最終創(chuàng)新研發(fā)出“外夾內撐”式裝夾機構，同時，支撐機構中的拉緊機構還能產生一定范圍的側向拉力以拉緊待焊的焊縫。該工裝安裝簡易、對零件狀態(tài)適應性強，實現(xiàn)了大型環(huán)縫攪拌摩擦焊的有效背部支撐，保證了工件圓度和焊前對接間隙滿足攪拌摩擦焊工藝要求。

焊接完成后，焊接主軸在焊縫的終點留下了一個孔，這個孔必須收掉。“國外普遍采用塞焊的方式實現(xiàn)收孔，但可以有更合適的方法。”郭立杰說。為解決這個問題，他們創(chuàng)新研制出具備電伺服回抽功能的攪拌摩擦焊電主軸；電主軸電機帶動攪拌針轉動、回抽電機帶動攪拌針變化伸出部分的長短，以此消除“匙孔”。此項技術達到了國際領先水平。

目前，國外同類設備焊接軸大都在機床9點方向。該廠設計人員通過仿真發(fā)現(xiàn)，攪拌頭在這個位置上焊接，設備會出現(xiàn)一定移動現(xiàn)象。他們創(chuàng)新出12點方向的方案。“我們希望能總結出更好的技術，研制出更多不同設備，讓客戶有更多的選擇。”郭立杰說。

汗水澆灌研發(fā)路

誰能想到，取得如此多成績的背后，竟是一個平均年齡不到30歲的研發(fā)團隊。他們中的很多人一畢業(yè)就來到149廠參與到項目中。在這個項目上，他們傾注了太多的心血。

“他們并不只做自己職責范圍內的工作，而是全程跟進。”據(jù)喬汝旺介紹，去年五一期間是完成設計圖紙最關鍵時期，設計人員一天都沒休息。當時負責畫圖的嚴軍富想請一天假，回寧波老家辦婚禮，卻遲遲說不出口。當負責人知道后，給他批了三天假，他回來后主動加班到很晚。“一生中能有機會做這樣一次大的項目，對我一生的職業(yè)生涯都是很大的激勵。”嚴軍富說。

項目團隊的技術人員都是身兼三職：設計員、工藝員和現(xiàn)場工程師，自己出圖，與加工人員一起，現(xiàn)場解決設計、材料、工藝和加工等問題。他們白天忙碌在各個生產現(xiàn)場，晚上回到辦公室畫圖，休息日共同開展“頭腦風暴”。

在外支撐方案論證階段，國內很難找到研發(fā)團隊所需的大型的鍛件，也很少有企業(yè)有相應的大型螺旋槽加工機床。研發(fā)團隊展開了拉網式搜索，最終在沈陽找到一家機床廠，但他們一個圓盤的開價就是數(shù)百萬元。設計人員不斷優(yōu)化設計方案，多次與工廠相關專家和負責人溝通，最終談定的價格還不到原來的三分之一。

運載火箭貯箱總對接環(huán)縫攪拌摩擦焊設備研制成功，是該廠在航天高端裝備制造道路上的一個里程碑節(jié)點。“盡管這條道路走得并不順暢，現(xiàn)在的設備還有一些需要完善和優(yōu)化的地方。”郭立杰介紹說，“波音、SpaceX等公司的同類設備是依托外部專業(yè)公司力量完成的。作為航天人，自己用的高端制造裝備，只要我們用心做，就肯定能做成，而且一定會比國外做得更經濟、更實用。”