焊研科技倾力打造“天宫一号”专用高精密焊接装备,产学研结合助推中国航天事业

发布日期:2012-11-13 文章作者:庄严 文章来源:百度文库 浏览次数:2578次

                                                   
                                                          VPPA变极性等离子卧式环缝焊接系统在北京卫星厂调试现场
                                                           
                                                        VPPA变极性等离子卧式环缝焊接系统在焊研科技调试现场
                                                          
                                                       VPPA变极性等离子立式纵缝焊接系统在北京卫星厂调试现场
       伴随着天宫一号和神舟九号的成功发射和对接,凸显了我国航天科技的惊世发展,同时标志着中国制造技术的巅峰之作。在这举世欢腾之际,成都焊研科技的庄严部长和他的研发团队也倍感欣慰和荣耀,因为他们曾为我国航天事业做出过焊接人的努力和贡献,从一张设计草图开始,不断创新,不断完善付出了艰辛的研发和制造历程。
      焊研科技从2005年就开始和北京工业大学一起合作为中国航天北京卫星制造厂及北京首都航天机械公司提供VPPA焊接电源和 高精密焊接装备。其中,北京工业大学陈树君教授他们主要负责用于航天器铝合金焊接用的VPPA焊接电源,焊研科技主要负责搭载焊接电源的高精密焊接装备。从2005年到2011年焊研科技已先后为中国航天设备制造企业提供了10台套以上的高精密焊接装备,包括神舟系列及天宫系列的焊接装备。
        用于航天器的焊接装备要求是很苛刻的, 在一个最大直径为4.2米大筒体上完成纵缝和直缝的变极性等离子自动焊接,焊缝质量要达到航天工程I级焊缝标准。这就要求对焊接过程中的控制精度有更高的技术要求,必须要有足够的静态、动态稳定性和抗高频干扰性能。驱动系统执行元件精度要求更高、可靠性更好、响应速度更快、定位更准 确。
庄严部长介绍道,当时接到这个研发生产任务的时候,还真不知道将来是用于焊接“天宫一号”的。在设计制造中,由于“天宫一号“对焊接质量的严格要求,而VPPA作为等离子电源在焊接铝合金薄板的时候,特别对静态和动态稳定性的技术性能要求苛刻。使得配合使用的焊接装备的设计制造难度大大增加。
       整套设备,主机长:17米,宽9.6米,高5.6米。对于直径4.2米的壳体,要求设备转速在0.01~1.0rpm中任意可调;回转重复精度小于2’;在头尾座花盘相距10米的情况下,同轴度要求小于0.5毫米;要求设备自身的跳动精度小于0.05毫米。除此之外,因设备要求除了焊接功能外,还具备铣削打磨功能,由此带来的振动、切削力对整机的刚性提出了非常高的要求。另外,设备要求头座及尾座要求同步或单独回转,头尾座如果同时驱动不同步会造成加工壳体的变形,甚至损坏。工件带有较大的偏心,当工件转过重心时,转速会发生突变,将极大地影响焊接。这些看似苛刻的要求均增大了设计的难度,为此,焊研科技研发团队抛弃了传统的设计方案,对于设备的强度、精度、同步性、消除回转间隙等难题,均想出了对应的解决方式。从整体创新性的设计到柔性夹具和控制系统的全面升级改进,同时引进和消化了国外先进的焊接激光跟踪器,从而有力保证了航天器的焊接质量。
        为“天宫一号”焊接时量身定做了类似钢琴按键样的专用柔性夹具。采用的是铝合金琴键,配置稀土铜压指,防止焊接时的“磁偏吹”及有效的散热。
        谈到设计难点,庄严部长介绍道,由于天宫一号主体结构要先后完成纵缝和环缝的焊接,需要焊接近五十条缝,最长的一条焊缝超过13米,要焊接一个半小时左右。为此,设计了纵缝焊接和环缝焊接两套系统。其中,琴键式柔性夹具、电弧控制系统、自动填丝系统、以工控机、PLC为核心的焊机程序控制系统、激光弧高跟踪系统、焊枪伺服调节系统等都是根据“天宫一号”焊接特点量身设计制造。另外,“天宫一号”的主体结构是采用铝合金璧板筒段焊接结构,焊前还要进行特殊焊接工艺加工,要进行开坡口和焊接处清洗打磨,故还特别设计了铣加工和打磨系统,清除铝合金舱体表面的氧化铝,做好焊接准备。
“我们焊接人能为中国航天事业尽自己的微薄之力,我们感觉很骄傲和自豪。”一句言简意赅的肺腑之言,让记者一行深深感动。
        庄严部长在采访中介绍道,“天宫一号”的高精密焊接装备系统可以说代表了近几年中国焊接装备制造的最高技术。焊研科技先后投入研发团队人员26名,在设计过程中,为解决技术难题,多次详细讨论、审图,经过了五次重大改进和调整,从当初的一张草图开始到最后结束,整套设计共完稿近1600张图纸和210项工艺技术标准,并获得了1项发明专利及2项实用新型专利。
        成都焊研科技和北京工业大学的专家老师共同完美打造的“天宫一号”焊接装备系统,从顶尖的VPPA焊接电源设计到配套的高精密焊接装备,它们的优异焊接质量伴随着“神八”“神九”和“天宫一号”成功发射到对接,都得到了最真实的检验。这标志着中国在航天器的焊接设备和工艺上不再依赖国外技术,不再惧怕国外的技术封锁。
        谈到下一步的工作目标,庄严部长说道:目前这套VPPA焊接系统已经用于中国“天宫二号”的焊接。除此之外,与北京工业大学及北京卫星制造厂开始讨论“天宫三号”焊接装备的研发工作。
        目前国内的航空航天领域还有很多异形零部件需要焊接,而目前基本都是通过人工焊接,劳动强度大,质量难以保证。我们研发团队目前已经开始研发面向航天航空装备领域的高精度成套焊接设备,以及自动化焊接机器人系统。其中自动化焊接机器人系统包含了焊接机器人系统、柔性夹具系统、焊接中心系统等,能完成航天航空装备里的各类异形零部件结构的高效焊接要求,可以搭载各种焊接材料、焊接工艺要求的电源系统。目前已在汽车异形铝合金油箱、汽车异形零部件等的自动化焊接系统里使用了这种技术,取得了可喜成绩,得到了用户的高度认可。
        记者一行离开时凝望着焊研科技的技术中心大楼,心里久久不能平静。这个以成都电焊机研究所和原成都电焊机厂主要技术资源整合组建而成的成都焊研科技有限责任公司,是目前国内高端自动焊接装备的核心企业之一,国家高新技术企业。是他们作为当代焊接人用满腔的热忱,为中国航天事业交付出了满意的答卷。我们衷心祝愿焊研科技百尺竿头更进一步,为振兴中国民族自动化焊接装备制造技术做出更大的贡献。
庄严简介:
 
成都焊研科技家电板带事业部部长:庄严
       1972年出生,天津工程师范学院机械专业毕业,焊研科技企业技术中心主任工程师,现任焊研科技家电板带事业部部长。
主要负责并参与项目:
1. “运载火箭大直径燃料导管自动化焊接系统”项目组组长;
2. “运载火箭筒段纵

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