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武传松:拓荒焊接“无人区”

2018-01-08 11:29 来源:科技日报

  没有焊条,没有焊枪,没有烟尘弥漫和火光飞溅,山东大学焊接技术实验室里的自动化焊接装备颠覆着人们的传统印象。1月4日,在接受科技日报记者采访时,武传松向记者展示了其最新作品——世界首创“超声辅助搅拌摩擦焊设备”。

  一个多月前,这位山东大学材料焊接方向带头人当选美国焊接学会会士,成为中国大陆“第一人”。这之后,陆续有拜访者前来观摩学习。对这位常年浸润在材料连接世界里的“大隐”来说,多多少少有些不习惯。但他有理由享受这份崇敬。

  “武传松教授是各类焊接过程多物理场模型研发的开拓者和引领者。”“他的开创性工作,为把焊接转变为可预测和可控制的工程技术奠定了广阔的基础。”在长达半年的苛刻评审之后,美国焊接学会用“开拓、引领”两个词道出了武传松在业内的分量。

  “神来之笔”成就国际首创

  “因为轻量化结构可实现节能、减排,高强铝合金在航空航天、高速列车、船舶等行业被大量使用,但这种铝合金并不好焊。”武传松说,一般而言,焊接以加热或加压或两者并用的方式接合金属或其他材料。但在传统的熔焊过程中,金属局部熔化、形成熔池,在随后冷却凝固时焊缝中容易形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷,影响焊缝的质量和性能。

  为避免上述问题,“搅拌摩擦焊”应运而生。它以加压代替加热实现焊接,绿色环保。“但问题在于,常规搅拌摩擦焊对设备和工件装夹有很高的要求,焊接载荷大,焊接速度较慢,搅拌头磨损较严重。”武传松说。

  经过长时间摸索,武传松找到了一条与众不同的路子——他将“超声能场”施加在搅拌头前方的待焊工件上,超声振动与搅拌头附近的塑性变形材料相互耦合,产生了神奇效果。这“神来之笔”产生了意想不到的效果——一项国际首创技术“超声振动强化搅拌摩擦焊”就此诞生。

  但武传松并未止步。他进而揭示出上述技术的工艺机理,并建立数理模型,用经得起考验的实验和准确的数据、适合的原理解释这一技术的“高明之处”。

  让焊接技艺“变身”科学

  焊接,一种古老的技艺;焊接,一门现代的科学。

  武传松说,从几十万吨的航母到不足1克的微电子元件,几乎所有的产品都离不开焊接技术。我们所熟知的国家大剧院,焊接钢结构总重6700吨,焊缝总长36公里;国家体育场“鸟巢”用钢约5.3万吨,涉及六个钢种,属全钢焊接结构。

  这其中挑战在于:结构不同、材料不同,焊接工艺千差万别;即使结构、材料相同,焊接次序不同也会影响焊接质量。

  而武传松的任务就是揭示各类焊接工艺背后的复杂物理机制,然后用通用的科学语言去诠释。于是,在武传松努力下,“熔化极气体保护焊熔池模型”“等离子弧焊接熔池与小孔模型”“激光+熔化极电弧复合焊接过程模型”“搅拌摩擦焊接产热与传热模型”等代表行业技术最前沿的新模型陆续问世。

  “886”作息

  在武传松身上有着两对矛盾:他外表儒雅,却与“粗老笨重”的焊接较上了劲;性情温和,却喜欢探索焊接科技“无人区”。

  1986年,武传松偶然看到了麻省理工学院学者的一篇文章。他深受震撼了。“文章研究传统的钨极氩弧焊,却采用全新的计算机建模方法。”

  受此启发,他决定采用数值模拟技术进军工艺过程更复杂但应用更广的熔化极气体保护焊领域。这在国际上没有先例。

  过程很艰难。焊接工艺背后的物理机制涉及到物理、化学、冶金、传热传质学、力学、计算机、自动控制等多学科。即使是最顶尖的科学家也需要俯下身子,这不仅需要投入大量的时间,还需要惊人的努力。

  于是,“886”成了武传松的“作息”:一周最少工作6天,每天早上8点半到下午5点半,加上晚上3小时。

  数年之功,一日终成。他带领团队研发的“超声振动强化搅拌摩擦焊”新工艺设备,最终实现了弯道超车,以最快速度进入该领域的国际最前沿。2016年他获得了英国、美国相关学会颁发的两项国际学术大奖。

  手握多项省部级奖励,担任德国柏林工业大学、美国肯塔基大学等五所国外高校院所的客座教授,但他却更在乎新中国现代焊接理论创始人、中科院院士潘际銮教授的评价:“武传松教授在电弧物理、熔滴过渡、熔池行为的数值分析领域取得了一系列创造性成果,得到国内外专家的广泛认可。”

  记者问:“您现在也功成名就了,还整天‘泡实验室’,不累吗?”他答:“焊接科技是没有止境的,探索未知,我乐在其中。”

(责任编辑:王蔚)

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