​江苏航空航天精准激光焊接技术取得新突破

　　7月，中国首款拥有完全自主知识产权的国产大型飞机C919正在广西进行正常试飞，中国空间站的重要组成部分问天实验舱将配备长征5号B遥三火箭发射升空……航空航天领域有很多果实。据悉，飞机和火箭的成功研发，位于江苏省南京市先进激光技术研究院(以下简称)“南京激光院”)自主研发的精密激光焊接技术功不可没。

　　“航空航天轻合金大型复杂结构精密激光焊接技术及设备项目取得重大突破！”南京激光院“航天轻合金大型复杂结构精密激光焊接技术及设备”项目经理唐一峰介绍，目前的研发成果“双光束双侧同步焊接技术”成功应用于C919大型客机机身壁板结构、长征5号重型运载火箭框桁架储罐结构，为提高中国航空航天制造水平和全球竞争力做出了重要贡献。

　　“质量轻”“强度高”专家分析飞机结构

　　C919大型客机的机身壁板结构是什么？长征5号重型运载火箭的框桁储箱结构是什么？为什么？C919大型客机和长征5号火箭在制造过程中需要使用精密激光技术？记者咨询了南京激光学院的专家。

　　“C大型客机的机身壁板结构常被称为骨架蒙皮结构或蒙皮-桁条T型结构。”唐一峰告诉记者，简单来说，机身墙板内部有长桁架作为骨架支撑连接，外部覆盖一层金属板，形成共同作用体系。“这样既能实现机身结构的轻质，又能保证机身结构的强度。”他解释。

　　长征五号重型运载火箭因其强壮的身躯而被称为“胖五”起飞重量878吨。而火箭储箱就像一个火箭储箱。“大肚子”，占火箭结构重量的60%以上，装载为火箭提供动力的推进剂。“储物箱是指火箭中部的管。框架桁架储物箱结构由外而内分别由蒙皮、桁条和环形框架组成。”唐一峰说，蒙皮是用来承受内部液体燃料的压力，桁条是用来承受的“筒体”轴向载荷，从而提高整体结构的承载效率，降低储罐本身的重量。

　　“飞机制造材料在航空航天领域的关键要求是重量轻、强度高。”唐一峰介绍，飞机制造材料一般为铝合金、镁合金、钛合金、复合材料等轻质材料，双光束双侧同步焊接技术可满足此类轻质材料的焊接需求。“仅是制造材料满足服务强度是不够的，还要尽量减少材料的使用。”他补充，“无论是客机的机身壁板结构还是运载火箭的储物箱结构，在结构设计中都要注意这一点。”

　　双光束焊接节约成本，降低双光束焊接成本“体重”

　　“激光焊接是以高能密度激光束为热源的高效精密焊接方法，对零件的装配精度要求较高。”唐一峰说，铝合金、镁合金等轻合金是激光焊接的高反射材料，焊接过程中容易出现孔隙和裂纹，焊接后应力大，变形难以控制。“因此，机身壁板和火箭框桁架储罐的焊接难度极大。”

　　“通过双光束双侧同步焊接技术，实现桁架与蒙皮T型接头双侧同步焊接。这不仅改善了长焊缝焊接头的变形，而且提高了其强度。”唐一峰介绍，与航空航天大型复杂壁板舱制造中常用的传统铆接工艺相比，双光束双侧同步焊接技术可降低壁板结构重量5%，制造成本15%，具有气密性好、疲劳性能高、生产效率高、自动化灵活等优点。

　　“T类型接头是一种复杂的三维曲线结构。为了满足这种复杂结构的焊接需求，提高精度和效率，我们独立开发了离线编程软件，模拟计算机上机器人的焊接过程，优化整个激光焊接工作。”唐一峰回忆说，正是因为研究人员不断提问、不断改进、一步一步，才在航空航天领域取得了精密激光焊接技术的重大突破。“我们克服了大龙门焊接设备双机器人无差异同步协调控制和双侧激光束能量平均分问题，最终实现了桁架T接头双光束双侧同步焊接。”该技术还获得了2021年江苏省科技奖一等奖。

　　前景广阔，推进智能制造、钢铁冶金

　　“与以往传统的加工方法相比，双光束双侧同步焊接技术具有节约材料、提高强度两个重要特点。”唐一峰强调，“这表明双光束双侧同步焊接技术在飞机制造方面具有很大的潜力。”他补充说，激光焊接技术除了应用于飞机制造领域外，还可以应用于化工领域。“许多化学容器都有T型结构，采用双侧同步焊接技术可以提高容器质量。”

　　“我们使用大型龙门配备了两个可以实现同步协同控制的机器人，促进了智能制造领域的发展；此外，双光束双侧同步焊接技术铁冶金材料的制备提供了宝贵的经验。”唐一峰表示，精密激光焊接技术和设备技术的突破将进一步促进江苏航空航天、智能制造、钢铁冶金等产业的发展，探索江苏高端智能设备发展的新途径。

　　据了解，在航空航天领域，南京激光研究所的研究人员将针对大型复杂结构之间轻合金材料激光焊接的主要机理和技术设备，进一步研究轻重量、高性能、长使用寿命、高可靠性等重大需求。“希望继续提升飞机制造的减肥效果和结构强度。”唐一峰期待。