【大火箭之歌】搅拌摩擦焊——贮箱制造的领跑者

11月3日，长征五号遥一火箭发射圆满成功。240余项新技术在长五遥一火箭上的应用，成为了世界注目的焦点。...





11月3日，长征五号遥一火箭发射圆满成功。240余项新技术在长五遥一火箭上的应用，成为了世界注目的焦点。其中，搅拌摩擦焊接技术在长五贮箱上成功应用，体现出了这一国际先进焊接技术在我国航天制造领域贮箱焊接环节的实质性突破。这是公司16年攻关，贮箱焊接技术智能制造的大步跨跃。

搅拌摩擦焊技术应用于火箭贮箱焊接，长五不是第一次。但是，在长五火箭上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，却是开了智能制造的先河。

1991年，英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊技术，这种焊接接头缺陷少、质量高、变形小，焊接过程环保无污染，在航天产品上应用具有明显优势。而这项技术之所以能与长五火箭结缘，主要还是因为其特殊的贮箱结构。长征五号火箭二级氧箱直径为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，受力环境非常恶劣，这就对贮箱焊接性能提出了更高的要求。基于这种情况，公司决定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均采用搅拌摩擦焊技术，以满足设计要求。

长直类纵缝是最适合搅拌摩擦焊工艺的焊缝，但长五贮箱尺寸大，所有贮箱长度均比现役火箭贮箱要长。而在焊接过程中，长直类焊缝长度越长，保持焊缝一致性的难度也越大。为此公司专门开发了恒位移控制技术，在焊接过程中不断的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。这项技术的成功开发和应用，使搅拌摩擦焊技术在长直类纵缝这一领域成功应用在了长五火箭贮箱上。

搅拌摩擦焊技术在变曲线焊缝和大直径封闭环缝的应用，是公司解决超长纵缝难题后的又一进步，使搅拌摩擦焊技术更加显示出了它在焊接技术上的独有优势，彰显出公司的“智造”潜能。为解决变曲线焊缝无法实时保持焊接下压量一致的难题，研发出恒压力控制装置，建立焊接压力与焊接下压量的对应关系，监控曲线轨迹，根据焊缝反馈压力实时调整下压力，实现焊缝的一致性。而在大直径封闭环缝焊接上，则成功应用了公司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。世界著名物理学家牛顿曾说:“我之所以站得高，是因为我站在巨人的肩上。”搅拌摩擦焊技术在长五上的成功应用，得益于公司16年来的执着攻关。万丈高楼平地起。2001年，公司开始对搅拌摩擦焊技术进行工艺研究，作为国内第一个研究该技术的单位，“独上高楼”的感觉并不好受。没有可参考的国内文献，没有可借鉴的经验，一切从头、从零开始。以引领制造，早日实现工程化应用为目标，公司瞄准世界前沿，吃透技术，结合丰富的传统熔焊经验，采用“分步实施、步步为营、风险最小”的策略。从最初的直线焊接，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，再到新型号火箭贮箱的锁底焊……走出了一条由简入难、稳扎稳打的技术攻关路。

2004年夏，公司研制搅拌摩擦焊技术具有里程碑意义的时刻到来了。该厂自主研制的首件搅拌摩擦焊试验件贮箱下架，并在龙乐豪、刘竹生院士为代表的众多火箭、焊接专家面前通过了严酷的质量检测。专家给出权威结论：“这是国内第一次将搅拌摩擦焊技术，成功应用于运载火箭贮箱的制造上，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，属于国际先进。”这个评价，是对公司搅拌摩擦焊技术研制第一阶段的总结，同时公司开启了不平凡的应用之路。

2008年，公司结合7年来的技术储备和多次试验积累的宝贵经验，在收集了大量数据后，征集国内各相关单位意见，通过系统、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遥三火箭上，公司也成为了国内航天领域首个成功实现搅拌摩擦焊飞行考核的单位。时隔3年，2012年，继长直类焊缝后，变曲线焊缝也成功应用在了两发长三甲系列火箭上，发射取得圆满成功。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遥一火箭二级贮箱上，公司首次实现了三大类焊缝的同时飞行考核。

及至今天，公司在搅拌摩擦焊技术领域攻关16年，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，是不懈的努力，持续的创新。未来，公司将继续发扬航天“智造”优势，在万丈高楼之上，更上一层楼。

文字：张昊　吴思

图片：吴思

编辑：张昊　张双莹

    关注 首都航天机械公司