◎ 科技日報記者 過國忠 通訊員 許加彬 王琴琳
多年來，在航空航天、交通、深海裝備領域，一些非標關鍵零部件需靠人工焊接。用中國中車集團有限公司相關專家的話來說，“這些關鍵零部件焊接技術精度高，如達不到要求，將會造成零件加工報廢，或執行中發生事故。”
2月8日，科技日報記者從江蘇無錫錫山經濟開發區科技部門瞭解到，該區無錫漢神電氣股份公司何曉陽科研團隊，針對我國高階製造業加工的難題，透過開展產學研合作，成功研發出新型手持鐳射焊接機器人，已在中國中車新型高速磁懸浮列車專案上成功應用，既解決了焊縫美觀無缺陷問題，也使得後期處理不易發生變形，探傷合格率100%。
在中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司黨委書記、董事長王洪年看來，我國高速客車、高速過載貨車和城市軌道交通的快速發展，已全面帶動了從材料到製造裝備工藝技術的創新，正在推動由“製造”向“智造”的快速升級。
高速輕量化，對焊接技術提出更高要求
近20多年來，我國鐵路前後經過6次大面積提速，為經濟發展注入了新動力，也為人們生活帶來更多便捷。
記者從日前召開的中國國家鐵路集團有限公司工作會議瞭解到，2021年，將高質量推進川藏鐵路、西部陸海新通道、長江沿岸高鐵、京津冀城際鐵路網等一批重點工程建設，預計投產新線3700公里左右。
相關專家認為，發展高速客車、地鐵客車、輕軌車以及高速過載貨車，列車的輕量化是提高列車速度的優選條件。其中，鋁合金具有質量輕、耐腐蝕、外觀平整度好、容易製造複雜曲面、比強度高等優點，可以減輕自重減小執行中的阻力，降低能耗，增載入重，因此已在鐵道運輸業得到了大量應用。
“提速是一個系統工程，包括機車車輛的各個部分以及線路的改造升級，不僅要跑得快，還要跑得穩、停得住。尤其車體、轉向架等作為高速列車上的重要組成部件，其質量影響著整個高速列車的安全。”中車戚墅堰所副總工程師、技術研發中心主任、首席技術專家王有虹說。
王有虹告訴記者，CRH380A高速動車組在京滬線上跑出了486。1公里的最高運營時速，重新整理了世界高鐵速度。事實上，如此高的轉速，對齒輪本身的效能、齒輪間的齧合、箱體的密封可靠等，都提出了極大的挑戰。
“目前，我國高速車體材料也由過去普通合金鋼材料，發展到不鏽鋼、鋁合金型材。” 無錫漢神電氣股份公司何曉陽說，材料的變更，對焊接技術提出更高要求，自然也帶動了加工技術的改進，鐳射焊接切割一體機的高新技術，也隨之引進到鐵道車輛的製造生產線中。
相關專家介紹，軌道機車車體的要求就是牢固、尺寸、度高、品質穩定、外觀精緻。其使用的金屬材料要能滿足車體的強度，且具有抗碰撞、耐用、防火，以及可再生使用性等。不鏽鋼車輛因其較好的撞擊吸能特性、防火安全性、輕量化和維護成本低等特點，已成為重要的發展方向之一。
儘管不鏽鋼的焊接效能優良，但是不鏽鋼車體和普通碳鋼車體相比，易產生熱變形，因此，較低熱輸入、非接觸型、能連續焊接的鐳射焊接是一種理想的焊接方法。
“高速執行的列車車體是高強度鋁合金材料，目前依靠傳統焊接裝置已難以達到焊縫質量要求。”南京理工大學王克鴻教授說，而採用我國自主研發的手持鐳射焊接機器人，相較傳統手工氬弧焊工藝，鐳射焊接速度更快，鐳射透過電磁場時光束不會偏移，能在真空以及特定氣體環境中施焊，精準定位，可應用於大批次自動化生產的小微工件的組焊，實現自動化高速焊接。
產學研聯合，讓鐳射焊接裝備替代進口
無錫漢神電氣股份公司副總經理劉海軍告訴記者，鐳射焊接技術屬於精密製造的一種先進工藝。在國際上一些發達國家，很早就在航空航天、船舶製造、軌道車輛製造、鈑金加工、汽車製造等行業上應用。之前，國內鐳射焊接技術一直還處於實驗室階段，投入使用的少量鐳射焊接裝置，也主要依靠進口，價格昂貴。
“我們為打破鐳射焊接裝置的技術壁壘，促進國內精密製造發展，從2008年起，就與科研院校合作，聯合開發高功率鐳射焊接裝備，起初主要針對船舶等特殊領域的應用需求，開發新型焊接裝置。近10年來，我們以智慧化理念 ，集中科研力量，瞄準軌道車輛進行鐳射焊接工藝及鐳射焊接智慧裝置研發，攻克了從材料到技術、工藝等多方面關鍵技術難題，終於研發成功，替代了進口。”何曉陽說。
相關專家介紹，目前，新型手持鐳射焊接機器人是一種比較先進的一種連線技術，和傳統焊接方法相比，其焊接技術的優點、優勢非常明顯：焊接速度快，表面成型美觀；鐳射聚焦後，功率密度高；焊縫深度大，且焊縫強度高；既能在室溫或特殊條件下進行焊接，還可焊接難熔的鈦、石英等材料，有效提高了焊接精度和效率。
“這種新型手持鐳射焊接機器人，是我國擁有自主智慧財產權的新型焊接智慧裝備技術之一。在實際使用中，可進行微型焊接。”王克鴻說， 鐳射束經聚焦後可獲得很小的光斑，且能精確定位，今後將可應用於大批次自動化生產的微、小型工件的組焊中。
但在相關專家看來，目前，儘管我國在鐳射焊接領域已取得了新突破，但應用領域仍比較狹窄，要實現多領域大規模應用，亟待透過深化協同創新，在更高功率的鐳射器光源穩定性上，以及焊接工藝及材料、焊接工藝對裝置要求及焊接過程引數監測和控制技術等方面進行研究，提升全省鐳射焊接產業的核心競爭力。同時，要加快制定相關國家標準和出臺鼓勵焊接裝置採購國產化的政策，更好地推動鐳射焊接產業的創新發展，為建設航空航天、交通、海洋強國，提供重要的裝備技術支撐。