32年前,一個(ge) 17歲的農(nong) 家少年從(cong) 山西運城來到沈陽工業(ye) 大學,懵懵懂懂地學起了焊接專(zhuan) 業(ye) 。
32年後,2013年6月24日,倫(lun) 敦。當年那位懵懂少年,經過120多個(ge) 國家4000多會(hui) 員單位推薦提名,一路披荊斬棘,站在劍橋大學國王學院講台,麵對來自世界各國的240餘(yu) 名專(zhuan) 家的眼光,獲頒英國焊接研究所TWI2013年度布魯克獎,成為(wei) 繼中國工程院院士關(guan) 橋之後,第二位獲得該獎項的華人。
這是焊接領域的最高學術獎。
他就是中航工業(ye) 北京航空製造工程研究所副總工程師,高能束流加工技術重點實驗室常務副主任鞏水利。
“他接過了老一輩科研人員的旗幟,斐然的學術成就及超前的眼光,使之成為(wei) 當代高能束焊掌門人。”所長張軍(jun) 這樣點評鞏水利。
激光焊接:站在了國際最前沿
“當年接到大學錄取通知書(shu) ,一看焊接專(zhuan) 業(ye) ,滿腦子想的都是村裏的烙鐵匠。”一心想學物理的鞏水利幾乎想放棄,直到坐在課堂,才知道焊接並不簡單。
經鞏水利的科普,記者得知,熔化焊接僅(jin) 熱源就有多種變化,從(cong) 最原始的爐火發展到電弧焊,氧氣-乙炔焊,氬弧焊,CO2保護焊等多種,今天,焊接熱源又發展到高能量密度的束流,如激光束、電子束、等離子束等。
高能束流加工技術被譽為(wei) “二十一世紀的加工技術”,是當今製造技術發展的前沿領域,並將為(wei) 材料加工和製造技術帶來革命性變化。
2002年,37歲的鞏水利,持焊接專(zhuan) 業(ye) 博士學位,加入這個(ge) 團隊,很快被任命為(wei) 實驗室常務副主任。
在研究所的大力支持下,鞏水利很快與(yu) 同事確立了三個(ge) 重點研究方向,即高能束流焊接與(yu) 去除技術、高能束流表麵工程技術、高能束流增材製造技術。
一邊明確方向,一邊招兵買(mai) 馬。
一批更年輕的才俊陸續加入方興(xing) 未艾的高能束流加工技術重點實驗室。
沒有設備,便自行研製;沒有路徑,便無數次摸索試驗。
瞄準國內(nei) 國外,走出去,請進來。
如今,當初確立的三個(ge) 研究方向均取得長足進步:率先實現了大型複雜鈦合金結構激光焊接並應用於(yu) 先進飛行器整體(ti) 化、輕量化長壽命和高可靠製造,使激光焊接技術站在了世界前沿,達到國際領先水平;在國內(nei) 率先開展電子束熔絲(si) 成型技術研究和大型複雜金屬結構激光精密選區成型製造技術研究,並將這兩(liang) 項技術成果首次應用於(yu) 航空關(guan) 鍵結構的製造,使該技術達到國際領先水平;積極開展表麵結構功能一體(ti) 化製造、超快激光製造技術研究等國際前沿技術。更重要的是組建了一支素質優(you) 良、結構合理的學術梯隊。
增材製造(3D打印):要幹就幹最好的
要幹就幹最好的。在鎖紅波眼裏,這是鞏水利使用頻率最多的一句話。
目前已是增材製造負責人的他,見到記者連說了幾個(ge) “沒想到”。
鎖紅波說,七年前開啟電子束增材製造前沿技術研究時,目標僅(jin) 是把其當成技術儲(chu) 備,做一些基礎性研究,卻沒想到,這一技術僅(jin) 七年就用到航空製造上了;沒想到的是,當初若不是鞏水利超前的指標要求,今天就無法滿足國內(nei) 航空器製造的要求了;沒想到,我國在航空金屬結構增材製造技術應用研究方麵迅速走在了世界前列。
近一兩(liang) 年,一個(ge) 名詞“3D打印”橫空出世,風靡世界。這個(ge) 時髦的熱詞,學名為(wei) “增材製造”。鞏水利,則是中國航空金屬結構增材製造技術發展的重要推手和見證人。
實驗室裏,堆放著一些奇異造型的金屬結構件。拿著一塊由無數細小“格柵”孔組成的“鼻梁”狀構件,鞏水利對記者說:“這種複雜結構,靠傳(chuan) 統加工方法很難實現。而這就需要‘3D打印’了。”
實驗室設備上的屏幕顯示著這樣的影像:一層金屬粉在激光束掃描下形成複雜的二維圖形,旋即又鋪上一層金屬粉再經過激光掃描熔化,如此周而複始。似CT掃描,把三維立體(ti) 結構變成二維結構;也像打印,在“紙麵”上打印上圖案後,鋪上一層紙。
以激光束、電子束、等離子或離子束為(wei) 熱源,加熱材料使之結合、直接製造零件的方法,稱為(wei) 高能束流快速製造,是“增材製造”領域的重要分支,多用於(yu) 工業(ye) 領域。
在10年前一次國際學術研討會(hui) 上,鞏水利發現了“增材製造”技術。具有敏銳嗅覺的他,感覺這必是航空工業(ye) 未來發展所需的一種製造技術。為(wei) 保持實驗室領先的競爭(zheng) 力,他旋即著手創建這個(ge) 方向的基礎研究。
“當時很多人根本不知道‘3D打印’是什麽(me) 東(dong) 西,人、設備更是無從(cong) 談起。”在鞏水利的指導下,鎖紅波在一台老舊電子束焊接設備上,啟動了艱難的“增材製造”基礎研究。
彼時,這種尖端前沿技術各國都正在起步。
2008年,博士畢業(ye) 的李懷學也加入到實驗室,開始啟動激光快速成型研究方向。李懷學說,增材製造之所以推動這麽(me) 快,與(yu) 鞏總果斷超前的決(jue) 策密不可分。“最初做原理樣機確定指標時,參考國外250mm規格,我們(men) 大膽地製定了280mm規格。報告送給鞏總,不僅(jin) 沒得到誇獎,卻得來一句話:應該做500mm規格。”“做科研不僅(jin) 要盯最前沿,而且要引領最前沿。如果覺得跨度太大,至少也要定350mm,再低就趕不上技術發展了。”鞏水利這番話至今深深印刻在李懷學腦海。
經曆了四年多的艱難探索,第一個(ge) 大型結構件終於(yu) 在2012年4月22日製成。
致力應用:我就是名推銷員
擁有諸多學術頭銜的鞏水利還是一名優(you) 秀“推銷員”。“研發的成果必須要盡快用到航空製造上,哪怕是基礎預研也要有針對性。這樣不僅(jin) 能緊跟世界前沿技術,還要力推這些技術的快速應用。”這是鞏水利的宗旨。
無論去哪裏,鞏水利隨身帶的電腦包裏總會(hui) 裝著許多寶貝,即實驗室出的實驗品,逢人就推介,遇會(hui) 就展示。他還自豪地說:“我就是名推銷員。”
2010年底,在參加中航工業(ye) 業(ye) 務會(hui) 時,一位設計單位總工程師介紹新產(chan) 品設計,說關(guan) 鍵地方出現問題。為(wei) 保證飛機性能,必須采用大型複雜金屬結構,傳(chuan) 統製造技術遇到挑戰幾乎無法實現,一度成為(wei) 研製的重大技術瓶頸,必須另辟蹊徑。針對這一技術難題,鞏水利意識到采用增材製造技術能夠解決(jue) ,邊掏出包裏一個(ge) “3D打印”小實驗件給那位總工程師看,邊說:“我們(men) 重點實驗室擁有能夠解決(jue) 問題的激光增材製造技術。”
半年後,這一新技術便實現了工程應用。
“實際上,鞏總對新技術的發展十分敏銳,眼光特別超前。不僅(jin) 是李懷學的‘格柵’,包括電子束增材製造理念、激光熔絲(si) 窄間隙焊等,與(yu) 鞏總的大力推動有很大關(guan) 係。”實驗室支部書(shu) 記孫梅告訴記者。
十幾年來,在鞏水利的指揮下,新的研究方向總是圍繞著航空製造裝備。新成果實驗一出,就被鞏水利快速地推銷出去。“你在研究,別人也沒停步。別人有盾,你就要有矛。所以我們(men) 不僅(jin) 要看得準,更要用得快。”鞏水利果敢而堅毅。
鞏水利又把眼光瞄向了高能束流表麵工程技術。“這是高能束流加工技術中一個(ge) 重要的組成部分,這一技術應用可使產(chan) 品防冰減阻,還可延長裝備的使用壽命。”被鞏水利任命為(wei) 這一項目負責人的馬國佳,正躊躇滿誌。
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