豎焊、直接成型、無需在線定位係統……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(liang) 個(ge) 人同時焊接需要一個(ge) 月時間，現在用機器人焊接兩(liang) 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(wei) 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(chan) 品質量，便於(yu) 實現產(chan) 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麵非常接近。”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，先在夾層裏“轉一圈”，帶走熱量，保證噴管不被燒毀。
夾層式噴管的橫斷麵更像一個蜂巢板，中間流淌的是“冰”，表麵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(nei) 外“兩(liang) 體(ti) ”合為(wei) “一體(ti) ”，但是噴管的結構複雜、外形龐大、且焊接變形控製要求高，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，但航天部件又要盡可能輕，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。一年多時間裏，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光在線定位係統，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，可達麵積大，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年全麵申報發明專利。
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