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【热点】“国之利器”是怎样打造的——宝钛集团研制4500米深潜器载人球壳纪实

来源:cpcp3245821818    发布时间:2019-05-26 13:54:08

 6月1日~7日,由宝钛集团研制的4500米载人潜水器TC4钛合金载人球壳,参加了主题为“创新驱动发展、科技引领未来”的国家“十二五”科技创新成就展,习近平总书记、李克强总理等党和国家领导人参观了展览,对宝钛研制的深潜器钛合金载人球壳给予充分肯定,并提出殷切希望。国家领导人到展台来参观和对企业的勉励,让有色金属行业、钛行业,尤其是宝钛人群情激奋、备感自豪,是对宝钛科技创新及中国钛工业发展的巨大鼓舞。

  习近平总书记在全国科技创新大会上指出:“科技是国之利器,国家赖之以强,企业赖之以赢,人民生活赖之以好。”宝钛集团承担国家重大项目关键课题,努力开展科技创新、技术攻关和新材料研制,为倾力打造深潜器钛合金载人球壳这一尖端科技产品、国之利器,作出了应有的贡献。


  以科技创新抢占技术制高点

  “4500米深潜器TC4钛合金载人球壳”项目是为满足我国深海探测领域载人潜水器关键部件国产化的需要,由国家科技部“863”重大专项支持研制的关键课题《4500米载人潜水器设计和关键技术研究》的子课题。该项目研制意义重大,载人潜水器关键部件国产化不仅可以摆脱我国在该领域对俄罗斯等发达国家的依赖,也可以实现对深海领域资源的勘探开发和利用,从而提高我国高端装备制造水平,进而提升国家的综合实力。

  项目在2012年立项,2013年批复,2015年完成研制。载人舱的设计由中船重工第702所设计,宝钛集团负责研制。在制作过程中,宝钛牵头,联合了中航工业第625所、哈尔滨工业大学、普什模具、赛迪重工、宝色设备等国家一流的企业、大学、研究所,举全国之力完成了载人舱的研制任务。

  载人舱球壳是潜水器的最重要构件,它的设计和制作质量是潜水器性能和机组人员安全的重要保证。钛合金不仅具有比强度高,在海水中能耐局部和均匀腐蚀,是制作深海耐压球体的极佳材料。因此,设计制作钛合金耐压载人球体是研制潜水器的关键研究内容。

  目前,世界上几个海洋大国在载人球制作的方法上各有不同,主要有以日、美、法等发达国家为典型的半球整体冲压成型,和以俄罗斯为代表的瓜瓣拼焊成型两种方法。从安全性和提高载人球的结构效益的角度考虑,载人球壳在深海时要承受很大的海水压力,焊缝区可靠性低于母材,因此,进行质量评估,减少焊缝提高球壳的整体性能,对保证潜水器的安全可靠具有重要意义。

  在设计理念上,宝钛集团经过大量论证,先后大胆提出半球整体成型与电子束焊接的工艺技术方案,采用两个钛合金半球合拢而成,在成型、加工制造、焊接技术等多方面都采用当今世界先进技术,显着提高载人球壳的安全可靠性,超越蛟龙号俄制瓜瓣拼焊成型载人球壳。


  深海潜水器载人舱钛合金耐压球壳是制约我国载人潜水器自主开发的瓶颈技术之一。公司通过科技创新,突破载人舱球壳制造关键技术瓶颈,先后掌握了宽幅钛合金厚板研制、钛合金半球整体成型技术研究、钛合金焊丝研制、窄间隙焊接工艺研究、球形舱的制作、电子束焊接工艺研究、球体变形控制及退火工艺等多项具有独立的自主知识产权的核心技术,将我国载人潜水工程的技术实力推向一个更高的水平,为后续更大深度潜水器的发展奠定基础。

  在球壳研制过程中,项目组组长、宝钛股份总经理贾栓孝、副总经理王韦琪等党员领导干部发挥了关键作用。他们科学决策,创造性地、大胆提出半球整体成型及电子束焊接工艺等国际领先技术方案,得到国家科技部及专家认可,使公司成功争取到载人球壳项目,并额外争取到科技部为公司单独立项500万元经费的电子束焊接项目。

  该项目组建了公司内部研制团队,以党员干部为核心,发挥宝钛集团整体优势,开展项目研制大协作,集合国内焊接、机加、成型等各行业装备、技术优势,实现“大兵团”作战。积极寻求国家科技部、项目总体设计单位、项目专家组等支持,推动项目研制及关键难点攻关。贾栓孝等党员领导干部带领项目组,边创新边试验,在项目研制各关键节点,为确保项目研制任务及进度,在现场度过多个不眠之夜。

  在这个项目研制团队中,课题组副组长王韦琪在现场一线,研究关键技术的突破;高级工程师张永强全身心地做好项目协调、内外联络工作;宽厚板公司副经理容耀、高级工程师庞洪在板材轧制的工艺及质量控制中,“蹲”在现场,严格把关,确保不出差错;高级工程师王剑虹、苑晓刚在后期球壳的加工焊接这个关键工序中,同技师们打成一片,严格把握工序过程,使焊接过程不出一丝纰漏;教授级高工王永梅在项目管理、检验等环节积极与专家、外部单位协调。公司熔铸厂、锻造厂、板带厂及宽厚板公司、线材厂、宝色特种设备等单位积极协同,做好各自工序研制。众人的智慧,团队的力量,使项目研制得以顺利进行。

  在贾栓孝组长带领下,经过几年的攻关,2015年宝钛完成载人球壳研制工作。研制的钛合金载人球壳,球体单重超过4吨,壁厚达53毫米,内径达到2.1米,是目前国内最大的全钛合金构件。经检测,两个球壳各项性能指标均达到设计要求,真球度控制在1毫米(设计要求4毫米),在真球度、残余应力等多方面领先竞争对手,最终经专家评审各项技术最先进的电子束球壳获评最优。

  项目的研制成功,填补了我国钛及钛合金大型装备制造领域中的诸多技术空白,标志着我国深海潜水器载人舱制造技术步入国际先进行列,结束了载人舱球壳依赖进口的被动局面,也对于提升我国钛合金等新材料研制、先进装备制造工艺技术、海洋开发等领域进步具有重要推动意义,为后续宝钛集团争取全海深载人深潜器、深海空间站、新一代舰船等国家重点及重大项目创造良好的基础和条件。

  发扬工匠精神 努力制造精品

  李克强总理在2016年《政府工作报告》中首提“工匠精神”一词,提出培育和弘扬精益求精的工匠精神,引导企业树立质量为先、信誉至上的经营理念。宝钛的科技工作者们在研制深潜器载人球壳的过程中,也遵从了这一理念,发扬了工匠精神,精益求精、一丝不苟、耐心执着、专业敬业。

  真空熔炼专业国家高级技师、陕西省首席技师、全国技术能手、现任宝钛集团熔铸厂熔炼车间党支部书记王雁河就是践行“工匠精神”的代表。为了熔铸出高品质的钛合金铸锭,达到钛合金球壳的研制要求,王雁河接到熔铸任务后,首先召集带班长对任务进行分解,从一次电极的检查,坩埚、炉室、电极杆以及辅助电极的清理,设备的运行状态,一次锭的清理到成品完成,每一步骤的注意事项,工模具的使用情况都进行了具体分析和安排,确保了生产中过程控制符合工艺要求。王雁河带领班组同志不怕脏、不怕累,坚持用最高的清理标准进行生产,保证每一炉的坩埚、炉室、电极杆和辅助电极都达到显露各部位材质本色。在过程控制中,王雁河严格督促操作工认真执行工艺规程,为了保证氧含量达标,对真空度、漏气率和冷却时间三个参数进行严格控制,从而确保了铸锭氧含量及质量满足后续生产的需要。

  在项目研制的几年间,各项目组发扬十年磨一剑的吃苦耐劳精神,精益求精打造精品。他们边创新边试验,工艺方案多次进行调整完善。以窄间隙焊接为例,仅焊接用焊丝成分,就进行近百次合金成分调整及试验,确保焊缝质量及性能达到与母材相当。


  球壳的焊接是难度大、最关键也最辛苦的一道工序。球体合拢赤道焊缝在 7米以上,再加上观察窗等焊缝,球壳整体焊缝达 30米以上。更重要的是,每一处合拢点都需要焊接数10层,每一层又需要2道以上焊接。有人算过一笔账,球壳焊接过程中,实际需要焊接千米以上,而且,焊接过程中合格率必须完全达到100%,一点瑕疵,就会让整个球壳报废。电弧光的辐射对皮肤和眼睛造成了很大的伤害,灼伤了皮肤,会掉一层皮;灼伤了眼睛,那就像是得了红眼病一样,刺痛难忍,眼睛都睁不开,眼泪不停地流。有时焊接工人要在球壳内部进行作业,焊接时球体内部不能通风,温度高达50℃,几名焊工轮流施焊和保护,每天工作12小时以上,工作十分辛苦,但没有一个人叫苦叫累或退出研制工作。王金柱等焊工师傅们经过无数次的焊接试验与研究分析,对焊接电流、电压、焊接速度、层间温度各个参数通过正交实验法进行焊接试验,并对试验数据进行分析比对,最终确定了最优的焊接参数及工艺,并通过了船级社的工艺认定。为满足组装的精度和防止焊接过程变形影响,他们制作了球壳组装定位工装及焊接防变形工装夹具。在经过多次试验检验后,经过近1个月的时间,焊接组顺利完成球壳焊接任务,经后续检测,载人球壳焊缝无损检测、力学性能、真球度等关键指标均满足设计要求,并通过出厂检查。

  深潜器钛合金载人球壳的研制,是宝钛集团为提升我国科技创新能力、促进钛工业发展和海洋开发领域进步作出的应有贡献,宝钛集团干部职工决心牢记习总书记等党和国家领导人的勉励和期望,牢记使命、不骄不躁、奋发有为,始终把科技创新作为企业发展的内驱动力,为国家创新驱动发展作出更大贡献。



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