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机械科学研究总院集团有限公司:破解大国重器关键焊接难题 助力制造业高质量发展

2021-06-24未知清--

公司简介
       机械科学研究总院集团有限公司(以下简称机械总院集团)是国务院国资委直接监管的公益类中央大型科技企业集团,始建于1956年。六十余年来,集团始终坚守“提升中国装备制造水平”的初心使命,持续深耕装备制造业基础共性技术研究,创造了200多项全国工业领域的第一,累计取得7000多项科研成果,广泛应用于机械制造、汽车、航空航天、环保、能源、交通运输、信息产业、冶金、化工、建筑等国民经济和国防安全重要产业领域,为我国重大科技项目攻关、重大工程建设、行业共性关键技术发展做出了巨大贡献。
集团目前拥有19家全资及控股子企业(公司),建有1个国家制造业创新中心、4个国家重点实验室、4个国家工程研究中心,集科研开发、科技产业和技术服务三大业务功能为一体,是国家科技创新体系的重要组成部分和装备制造业发展的重要引擎。
问题
       作为生产制造中的关键技术,焊接又被称为“工业缝纫机”,小到一枚集成电路芯片、大到一艘航空母舰,都离不开焊接技术。多年来,我国高端装备制造业始终对先进激光焊及激光复合焊接成套技术与装备有着迫切的需求,其技术与装备制约我国高端装备制造业在海陆空多型号武器、超级起重机、全新一代轨道车辆等一批大国重器关键部件的焊接技术发展,影响我国轨道交通、工程机械、石化、煤炭等装备制造领域传统焊接工艺的技术升级,以及我国制造业的绿色、高质量发展之路。
解决方案
       机械总院集团以高端装备制造业对先进激光焊及激光复合焊接成套技术与装备的迫切需求为背景,以攻克制约激光焊、激光-电弧复合焊工程应用推广的系列瓶颈问题为重要研究内容,以引领并推动国内工业化应用为最终目标,历经二十年系统研究激光及激光电弧复合应用理论基础、核心工艺、关键共性工程技术、成套装备和标准体系等制约技术发展的关键卡脖子问题,率先掌握了拥有完全自主知识产权的激光焊接成套技术及装备。
攻克关键问题,取得4项科技创新
       首次提出了“双重导电”“电弧辐射增强”机制和“电弧等效功率”热源匹配模型,揭示了激光-电弧复合焊接物理作用机制;攻克了25米大型薄壁铝合金型材连续稳定焊接、复杂工况单面焊双面成形闭环控制、多层多道焊智能排序等关键工程技术难题,开发了具有自主知识产权的形性可靠调控系列化激光及激光-电弧复合焊接新工艺;攻克了焊接过程在线检测、多轴协调及精度补偿、工况闭环控制等关键技术,研制出5大类、10余种系列化成套国产激光及激光-电弧复合焊接系统;形成了较为完整的激光及激光-电弧复合焊接制造国家标准体系。
技术成果在多个领域首次实现工业应用
       激光焊接成套技术及装备在我国众多领域实现了首次工业应用,有效解决了我国制造业焊接技术的发展问题。
针对全路面汽车起重机伸臂原有弧焊工艺存在的手工焊可靠稳定性差等技术问题,机械总院集团设计开发了我国第一套在焊接生产线上应用的大功率固体激光-熔化极电弧复合热源焊接专机,并成功地应用于了伸臂的焊接生产,重点解决了原有弧焊工艺存在的关键技术问题,成功解决大吨位全路面汽车起重机伸臂焊接工艺难题。
       新一代高速磁浮列车的结构特点、制造理念与传统动车组截然不同,传统的工艺方法存在焊接变形大、接头强度弱化、生产效率低等关键工程问题,已无法满足新一代磁悬浮列车对车体部件高精度、高质量、高性能的苛刻要求。机械总院集团研发的激光-电弧复合焊接的主要技术优势可以弥补传统弧焊和搅拌摩擦焊的不足,具有良好的工程应用适应性,确保实现车体部件轻量化、高精度、高可靠性制造,有效解决了高速磁浮列车车体制造的关键问题。
成就
社会效益
       机械总院集团研发的激光及激光-电弧复合焊关键应用基础、工程技术与成套装备项目获得授权发明专利19件、实用新型专利4件、软件著作权1件;制定国际标准(CD阶段)1项、国家标准9项、行业标准1项。鉴定专家认为,项目技术成果整体水平达到国际先进水平,部分成果国际领先,在部分领域已实现了进口替代。该技术相关应用累计实现间接销售收入超77亿元,创外汇19亿美元。
       在大吨位全路面汽车起重机伸臂焊接方面,累计焊接伸臂9000多根,装配1400多台大吨位起重机产品,焊缝累计长度超过300公里,大幅度提升了我国工程机械装备的整体制造水平,引领了行业技术进步。在磁浮列车制造方面,激光-电弧复合焊接的主要技术优势解决了新一代高速磁浮列车制造关键问题,满足轨道交通领域新一代高速磁浮列车制造的迫切需求,加速推进我国高速磁悬浮列车自主化与产业化进程,也有利于提升我国高端激光加工成套工艺及装备的技术水平。
经济效益
       激光及激光-电弧复合焊接关键应用基础、工程技术与成套装备项目技术成果已在军工、工程机械、轨道交通、石化、煤炭机械、造船等领域获得了较为广泛的应用,机械总院集团累计销售各类激光焊接装备23台套,实现销售收入18451.62万元。该成果获得2019年度中国机械工业科技进步一等奖。
展望
       面向未来,机械总院集团将以提升中国装备制造水平为己任,推进实施创新驱动发展战略,聚焦国家战略、行业“卡脖子”“短板”技术方向,瞄准先进制造中的高端材料、共性技术及装备,积极打造面向行业技术进步的创新平台、面向产业发展的服务平台和面向国家重大工程的支撑平台,致力于成为行业科技创新领跑者、重大工程支撑者、科技产业主力军。
 
(文/乔童)

(责任编辑:清--)

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