工業機器人「出手」，火箭噴管焊接不難了

科技日報記者 張佳星

豎焊、直接成型、無需在線定位系統……2月25日，藍箭航天發布工業激光焊接機器人焊接火箭發動機噴管的視頻，其自主研發的「天鵲」（TQ-12）80噸液氧甲烷發動機噴管，由機器人進行激光焊接一次成功，目前已經順利下線。

「以前熟練的焊接技術人員兩個人同時焊接需要一個月時間，現在用機器人焊接兩天時間就能完成。」藍箭航天創始人、CEO張昌武介紹，80噸液氧甲烷發動機的噴管直徑約為1米以上，機器人全自動激光焊接，可大幅度降低噴管製造成本，縮短製造周期，提高產品質量，便於實現產品的批量化製造。

噴管像蜂巢能抗「水深火熱」

火箭發射和飛行時，經過噴管的燃氣溫度在1000—3000攝氏度之間。「雖然溫度沒有太陽高，但是每平方米感受到的熱量與太陽表面非常接近。」業內專家表示，人類目前掌握的耐高溫金屬材料，均無法承受。

為此，液體火箭發動機上使用推進劑對噴管進行冷卻。通過將噴管的結構做成夾層，讓推進劑在進入燃燒室之前，先在夾層里「轉一圈」，帶走熱量，保證噴管不被燒毀。

夾層式噴管的橫斷面更像一個蜂巢板，中間流淌的是「冰」，表面則要耐受太陽般的熱度。「水深火熱」的模式對夾層間的「牢固度」提出了巨大的挑戰。

工程上保證「牢固度」的方法是依靠焊接，讓構成夾層的內外「兩體」合為「一體」，但是噴管的結構複雜、外形龐大、且焊接變形控制要求高，一點點裂縫或者氣泡就可以造成火箭在飛行過程中噴管損毀，因此對焊接質量提出了非常高的要求。

機器人「出手」提質增效

除了溫度的驟變，噴管還要經受各種力的「蹂躪」——軸向的推力、內部的液壓、強烈的震動……因此要有足夠的結構強度、剛度，但航天部件又要儘可能輕，以提高發動機推重比。因此噴管在輕和薄的同時，又要剛和韌。

焊接壁管往往小於1毫米，且要克服焊接造成的變形，對於人工來說要求相當苛刻。很多航天「焊將」為了練得合格的技術，甚至手綁沙袋長時間訓練。

「為了實現液體火箭發動機的智能化製造，藍箭航天『天鵲』80噸液氧甲烷發動機噴管選擇了機器人激光焊接。一年多時間裡，我們的工程師不斷試驗，實現了自主創新，同時建成了噴管機器人激光自動化焊接設備。」張昌武介紹，機器人「焊將」無需使用內壁肋條X光在線定位系統，大幅度降低了設備的複雜性和成本，而且形變可控、可以直接成型。

由於其柔性化程度高，可達面積大，機器人「焊將」還可兼顧發動機其他零組件焊接。張昌武說，隨著後續工藝的進一步成熟，焊接時間有望壓縮至10小時以內，製造周期和成本僅為螺旋管束噴管的1/10左右。整套工藝、工裝方案已於2018年全面申報發明專利。

來源：科技日報 文中圖片除註明外均來自網路

編輯：左常睿

審核：管晶晶

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