近日，國內首臺80噸級液氧甲烷發(fā)動(dòng)機200s全系統試車(chē)圓滿(mǎn)成功。這臺被譽(yù)為火箭心臟的“龐然大物”正是由大族激光智能裝備集團研發(fā)的RK1Z激光焊接設備焊接完成的。由大族激光技術(shù)團隊集數年之功在夾層噴管技術(shù)取得重大技術(shù)突破，實(shí)現了火箭發(fā)動(dòng)機制造技術(shù)領(lǐng)域異種金屬三維曲面全自動(dòng)激光焊接。這也是我國首次將激光焊夾層噴管工藝運用在火箭發(fā)動(dòng)機噴管上，填補了國內該領(lǐng)域的技術(shù)空白。

    近年來(lái)，隨著(zhù)市場(chǎng)對于太空探索需求的迅猛增長(cháng)以及全球微納衛星互聯(lián)網(wǎng)化技術(shù)日趨成熟，火箭發(fā)動(dòng)機具有巨大的市場(chǎng)缺口。發(fā)動(dòng)機作為火箭的心臟，惡劣的工況對火箭發(fā)動(dòng)機結構提出了苛刻的要求。噴管身部區域需要承受尾焰氣流沖擊及強烈震動(dòng)，高速射流速度超過(guò)4馬赫。噴管延伸段夾層內外僅僅相隔1mm則是冰火兩重天：夾層內部流淌著(zhù)低于-100℃的低溫燃料，而在夾層外部則是超過(guò)3000℃的超聲速尾焰氣流沖擊，夾層需要承受幾十甚至上百個(gè)大氣壓力沖擊以及帶來(lái)的強烈震動(dòng)；一系列的嚴苛要求對發(fā)動(dòng)機焊接質(zhì)量提出了巨大的挑戰。

    激光作為火箭發(fā)動(dòng)機身部及噴管延伸段焊接方式有眾多優(yōu)勢。傳統的火箭發(fā)動(dòng)機噴管延伸段分為：再生冷卻式、輻射冷卻式、排放冷卻式、燒蝕冷風(fēng)式。真空釬焊是銑槽式再生冷卻噴管夾層的常規焊接方法，此方式焊縫強度一般，操作流程復雜，焊接需在真空環(huán)境中進(jìn)行，焊接過(guò)程難以實(shí)現自動(dòng)化，且對操作人員技術(shù)水平要求較高，制造周期長(cháng)，生產(chǎn)成本高。經(jīng)過(guò)分析與論證，激光焊接作為銑槽式再生冷卻噴管夾層結構焊接的首選，具有制造周期短，自動(dòng)化程度高，環(huán)境要求低等眾多優(yōu)勢，可大大縮短火箭發(fā)動(dòng)機噴管研制周期（可壓縮至10h），降低噴管的制造成本，從而有效降低火箭的發(fā)射成本。

△傳統工藝與激光焊接工藝對比

    RK1Z激光焊接系統是大族智能裝備集團高功率焊接產(chǎn)品中心為大型火箭發(fā)動(dòng)機等立式回轉體激光焊接而開(kāi)發(fā)的成套設備。整套設備最大焊接功率8000W，最大可焊深度10mm，最大可焊直徑接近2m，可滿(mǎn)足客戶(hù)未來(lái)二級發(fā)動(dòng)機、上面級發(fā)動(dòng)機大面積比噴管焊接需求。經(jīng)過(guò)大量的工藝探索已經(jīng)成功實(shí)現了GH4169&鎳、鉻鋯銅&1Cr18Ni9Ti等異種金屬大型薄壁件的焊接。采用上述焊接工藝及裝備，焊縫質(zhì)量能滿(mǎn)足客戶(hù)需求的同時(shí)大大縮短了產(chǎn)品交期，極大降低了生產(chǎn)成本及對高水平焊接工人的依賴(lài)，其工藝水平達到了國內領(lǐng)先水平。

△RK1Z激光焊接系統

    RK1Z激光焊接系統產(chǎn)品特點(diǎn)：

    1.設備通用性強，柔性程度高。適用工件高度200mm～2000mm,最大負載4噸，噴管最大直徑2米。Z軸可升降，可滿(mǎn)足不同高度工件焊接要求；Y軸可伸縮，在工件吊裝時(shí)可進(jìn)行避讓。該設備采用立式結構有效避免了因工件自重帶來(lái)的形變，有利于大尺寸重型零件焊接；

    2.設備精度高?；鸺龂姽芪餐埠缚p密集，且均為疊焊焊縫，一旦將夾層外壁套上開(kāi)始焊接將不可再目測描點(diǎn)，如果設備精度不夠將導致焊接失敗。噴管夾層在360度范圍內均布近750條長(cháng)度1.5m的焊縫，焊縫寬度1.1mm±0.3mm,每道焊縫周向偏差0.15mm以?xún)?。這相當于在一條總長(cháng)超過(guò)1KM但寬度僅有1.1mm的道路上蒙著(zhù)眼睛向前跑，任何一點(diǎn)軌跡偏差超過(guò)0.15mm產(chǎn)品就會(huì )將夾層焊漏導致產(chǎn)品報廢。

    3.設備生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，對操作人員技術(shù)要求低。設備具有斷電記憶功能，避免因為急停、斷電等因素導致焊接失敗。主機采用回轉支承驅動(dòng)的立式變位機結構，避免了因工件自重帶來(lái)的形變誤差，操作人員只需將裝配好的工裝工件吊裝到設備主機錐形定位面即可，不需二次調整；設備配有同軸CCD，可輔助描點(diǎn)；環(huán)形縫焊接時(shí)機械臂與旋轉軸可根據實(shí)際焊縫偏差位置進(jìn)行七軸聯(lián)動(dòng)補償。

    4.設備生產(chǎn)效率高。首次焊接單個(gè)噴管延伸段用時(shí)2個(gè)工作日，僅相當于傳統螺旋管束焊接工藝耗時(shí)的1/10～1/15，未來(lái)預期可將單件焊接時(shí)間壓縮至10h以?xún)取?/p>

    5.工藝性能好。大族激光開(kāi)發(fā)的焊接工藝很好地解決了大型薄壁工件超密集焊縫焊接形變問(wèn)題，工藝過(guò)程穩定可靠；環(huán)形拼接焊縫：8mm厚GH4169&鎳焊透，起弧收弧平順，無(wú)明顯凹痕，單面焊接雙面成型，兼顧產(chǎn)品的強度與氣密性要求?？蛇m應各類(lèi)不銹鋼、高溫合金、銅合金、銅-鋼異種金屬、高溫合金-不銹鋼異種金屬焊接。

    該套設備已經(jīng)進(jìn)駐客戶(hù)制造工廠(chǎng)并完成交付，為客戶(hù)后續火箭發(fā)動(dòng)機批量化生產(chǎn)提供了有力保障。RK1Z激光焊接系統的技術(shù)突破大大降低噴管的制造成本，助力開(kāi)拓航空航天廣闊市場(chǎng)；更為重要的是，此工藝可以擴展至其他大型薄壁三維曲面組件焊接領(lǐng)域，極大地增強了激光焊接的競爭實(shí)力。大族激光智能裝備集團作為全球領(lǐng)先的激光應用整體解決方案供應商，在激光領(lǐng)域深耕精作，為客戶(hù)提供精湛的激光加工技術(shù)支持及全方位的服務(wù)，助力智能制造高質(zhì)量騰飛。