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金屬鈑金新聞

專訪中國工程院院士徐濱士:信念來源於責任

星之球科技 來源:中國鋁業(ye) 網2014-07-24 我要評論(0 )   

徐濱士:男,1931年生。1954年畢業(ye) 於(yu) 哈爾濱工業(ye) 大學機械製造與(yu) 焊接專(zhuan) 業(ye) ,1995年當選中國工程院院士。現任裝備再製造技術國防科技重點實驗室榮譽主任,教授、博士生導師...

       徐濱士:男,1931年生。1954年畢業(ye) 於(yu) 哈爾濱工業(ye) 大學機械製造與(yu) 焊接專(zhuan) 業(ye) ,1995年當選中國工程院院士。現任裝備再製造技術國防科技重點實驗室榮譽主任,教授、博士生導師。裝備維修工程、表麵工程和再製造工程領域著名專(zhuan) 家。先後獲得國家科技進步一等獎1項、二等獎4項、三等獎1項,國家自然科學二等獎1項,國家技術發明二等獎2項,省部級科技進步一等獎9項、二等獎10項。發表學術論文千餘(yu) 篇,出版著作20餘(yu) 部,獲國家發明專(zhuan) 利50餘(yu) 項。先後榮獲中國機械工程學會(hui) 科技成就獎、中國工程院“光華科技工程獎”、國際熱處理與(yu) 表麵工程聯合會(hui) “最高學術成就獎”、何梁何利基金技術科學獎、中國焊接學會(hui) “終身成就獎”、中國表麵工程學會(hui) 和摩擦學學會(hui) “最高成就獎”等榮譽稱號。  

  再製造是關(guan) 係我國國計民生的重要的工業(ye) 技術和係統工程,已經得到國家和行業(ye) 的高度重視,本刊有幸采訪了這個(ge) 領域的著名專(zhuan) 家徐濱士院士。  

  信念來源於(yu) 責任  

  在談到成長經曆時,徐院士說:“其實這幾十年,我想做的,做到的以及繼續要做下去的,隻有一件事——強軍(jun) 興(xing) 國。我出生在哈爾濱市一個(ge) 普通家庭裏。我在日本人的侵略下生活了14年,經常看到同胞們(men) 被日本人欺負蹂躪。在這期間我深深感覺到必須國強才能家旺,沒有國就沒有家。那時候我就暗暗下決(jue) 心,一定要讓祖國強大。國家的力量來自於(yu) 強大的軍(jun) 事實力,要想實現強國夢,就必須有一支強大的軍(jun) 隊。沒有它,想維持國家經濟的持續發展是很難的。”

    而在上世紀50年代徐院士給蘇聯專(zhuan) 家當翻譯的時候,一個(ge) 蘇聯專(zhuan) 家告訴他:“蘇聯在衛國戰爭(zheng) 期間,每年製造3萬(wan) 輛新坦克,但是整個(ge) 戰爭(zheng) 期間卻修理了43萬(wan) 輛次戰損坦克,最後打敗德國不僅(jin) 是靠每年3萬(wan) 輛的製造能力,更重要的是靠43萬(wan) 輛的修理能力。”這個(ge) 事實震撼與(yu) 激勵著徐院士的報國理想,讓他從(cong) 維修開始了自己的科學之路、強軍(jun) 之夢。  

  徐院士告訴我們(men) 從(cong) 維修到表麵工程,再到再製造工程,他的整個(ge) 科研脈絡,都是以核心帶動整體(ti) ,以小投入撬動大能力,不斷思考著保持裝備持續戰鬥力的更好的方法。為(wei) 此做過的一些具體(ti) 事情:在國內(nei) 率先將等離子噴塗技術用於(yu) 解決(jue) 車輛薄壁磨損零件修複的重大難題;研製的電刷鍍設備、各種鍍液及納米電刷鍍技術,可為(wei) 現場修複大型設備及關(guan) 鍵零件提供先進技術支撐;開發的納米自修複添加劑新技術,解決(jue) 了重載荷、極端苛刻環境下的潤滑和抗磨等。徐院士說:“這一係列技術的開發和完善,是我對恢複裝備性能、保持裝備戰鬥力、提高裝備保障能力不斷加深的理解。現在這些技術很多還在不斷地發展和創新,並且融入到了再製造產(chan) 業(ye) 當中去。它們(men) 的發展,我感覺必將為(wei) 軍(jun) 隊和祖國的發展做出新的貢獻。”

  時間進入到20世紀90年代末,在總結、探索、把握表麵工程的發展方向和未來時,從(cong) 多年的維修實踐中總結經驗,徐院士發現裝備的失效往往都是由最薄弱零件的失效所引起,隻要使最薄弱的零件延壽,裝備的整體(ti) 性能就能提升。而最薄弱零件或零件最薄弱處的失效,基本都是表麵的磨損和腐蝕失效。解決(jue) 磨損和腐蝕問題,表麵工程技術的優(you) 勢得天獨厚。為(wei) 此,當時進行了大膽設想,如果能以廢舊零件為(wei) “毛坯”,利用表麵工程技術對毛坯的損傷(shang) 表麵進行批量化的修複,進而重新賦予廢舊裝備的服役能力,那必將產(chan) 生重大的節能、節材和環保效能。這一過程就是“再製造”,再製造定義(yi) 為(wei) 廢舊產(chan) 品高技術修複、改造的產(chan) 業(ye) 化。

  就在這時,一份來自美國的資料進一步堅定了徐院士搞再製造的決(jue) 心:1996年美國再製造業(ye) 的產(chan) 值達到530億(yi) 美元,與(yu) 同年度美國製藥業(ye) 、計算機製造業(ye) 和鋼鐵業(ye) 等支柱產(chan) 業(ye) 的產(chan) 值相當,而就業(ye) 人數是那些產(chan) 業(ye) 的一倍以上;美軍(jun) 那些本應成為(wei) “老古董”的B-52轟炸機等武器裝備,經過再製造後,不僅(jin) 服役年限延長了幾十年,而且作戰性能得以顯著提升。

  徐院士認為(wei) :國外的再製造起步雖早,但其再製造模式是有局限的,不完全適合中國的國情,還有很大的提升空間。國外再製造采取的多是換件修理法和尺寸修理法,前者是將損傷(shang) 的零件整體(ti) 更換為(wei) 新品零件,後者是將失配的零件表麵尺寸加工到規定的範圍,再配以相應大尺寸的新品零件重新配副。換件修理法更換的失效零件,要麽(me) 成為(wei) 垃圾,要麽(me) 被回爐冶煉,重走一遍熔煉、成形、製造、使用的“耗能、汙染”過程;尺寸修理法雖然能恢複零件的出廠性能,但因破壞了互換性而達不到原型機新品的使用壽命。國外的做法雖也有利於(yu) 節能、節材和環保,但還遠遠不夠,尤其不能滿足中國這樣一個(ge) 人均資源貧乏、環境汙染較重的國家的迫切需求。隻有利用先進的表麵工程技術,將每一個(ge) 磨損或腐蝕失配的關(guan) 鍵零件表麵都修好並讓它們(men) 重新服役,才能最大限度地滿足節能減排的要求。

  就這樣,在黨(dang) 和國家的大力支持下,中國逐步探索形成了“以高新技術為(wei) 支撐,以提高舊件利用率為(wei) 核心,產(chan) 學研相結合,既循環又經濟”的中國自主創新的再製造模式。我國再製造的舊件利用率已達到85%,而國外隻有72%。在節能節材方麵,中國已走在了世界前列。  

  由於(yu) 再製造使用的是經過長期服役而報廢的各種成形零件,其損傷(shang) 失效形式複雜多樣,殘餘(yu) 應力、內(nei) 部裂紋和疲勞層的存在導致壽命評估與(yu) 服役周期複雜難測,再製造還要在保持廢舊零(部)件材質和形狀基本不變的前提下,采用高技術恢複原產(chan) 品的尺寸標準、達到或超過原產(chan) 品的性能指標、實現原產(chan) 品的功能升級,同時采用正規化、規模化的加工手段,因此加工工藝更為(wei) 複雜。再製造壽命檢測的核心是疲勞壽命,質量控製的關(guan) 鍵是裂紋控製,其主要損傷(shang) 形式是表麵磨損。根據再製造產(chan) 品失效特征和質量性能不低於(yu) 新品的標準要求,我國通過多年研究、實踐和不斷自主創新,形成中國特色的再製造技術,具體(ti) 舉(ju) 例如下:  

  (1)自動化納米顆粒複合電刷鍍技術  

  納米電刷鍍技術是自主研發的一項先進的再製造技術。該技術是把納米顆粒加入電刷鍍溶液、並使之和鍍液金屬離子在電刷鍍電場作用下共同沉積在金屬表麵,形成納米顆粒複合塗層。通過創造性地解決(jue) 納米顆粒的分散和在鍍層中沉積難題,所製備的納米複合電刷鍍層中均勻彌散分布大量的硬質納米顆粒,使得再製造零件表麵耐磨性、耐高溫性和抗接觸疲勞性能顯著提高,與(yu) 不含納米顆粒的金屬刷鍍層相比,耐磨性能提高1.5倍、抗溫性由200℃提高到400℃、抗接觸疲勞性能由105周次提高到106周次,顯著延長零件使用壽命,並成功應用於(yu) 飛機發動機葉片、汽車發動機連杆、凸輪軸和缸體(ti) 的再製造。但由於(yu) 手工納米電刷鍍生產(chan) 效率低、勞動強度大,針對重載汽車發動機連杆和缸體(ti) 缸筒再製造難題和產(chan) 業(ye) 化生產(chan) 需求,我國自主研發了發動機連杆自動化納米電刷鍍專(zhuan) 用設備和氣缸筒自動化納米電刷鍍專(zhuan) 用設備,實現了鍍液連續供應和循環利用、納米電刷鍍再製造工藝過程綜合監控。生產(chan) 應用表明,生產(chan) 率提高5~10倍,再製造消耗材料僅(jin) 為(wei) 該零件本體(ti) 重量的1%~2%,費用是新品價(jia) 格的1/10,實現了廢舊零件再製造。並且鍍液循環利用,廢水集中處理,實現全過程的綠色化要求。

  (2)自動化高速電弧噴塗技術

  自主研發了自動化高速電弧噴塗技術,采用機器人或操作機的操作臂夾持噴槍,通過紅外溫度場監測和編程控製高速電弧噴槍實現各種規劃路徑,實時反饋調節噴塗工藝參數,實現自動噴塗作業(ye) 的智能控製。該技術結合新開發的FeAl和FeAlMn係粉芯絲(si) 材製備出的噴塗層,結合強度高,硬度高,耐磨損性能好,已成功應用於(yu) 廢舊斯太爾發動機缸體(ti) 的再製造,已完成再製造量200多台。采用自動化電弧噴塗技術再製造單件發動機缸體(ti) 時間由手工的1.5h縮短為(wei) 20min,噴塗效率提高3.5倍。  

  (3)激光熔覆成形技術  

  使用4kWIPG光纖激光器,自主研發了激光熔覆成形係統,采用機器人實現激光的多維度輸入,依據紅外溫度檢測精確控製成形過程及瞬時熱輸入,實現增材再製造過程的精確、可靠。該技術再製造的零件結合強度高、性能優(you) 異、能夠滿足高性能、複雜零件的再製造和製造要求。自主研發了鐵基自強化合金,具有良好的成形性和工藝性,激光熔覆層具有較好的抗磨損性能和抗接觸疲勞性能,為(wei) 解決(jue) 齒類件的再製造難題提供了技術保障。激光立體(ti) 成形組織致密、無裂紋氣孔等冶金缺陷,成形件力學性能較高,能夠滿足高性能零件再製造的要求。

  (4)自動化微束等離子熔覆技術  

  自主創新設計了70kHz高頻逆變微束等離子電源,高於(yu) 目前通常采用的20kHz逆變頻率,從(cong) 而減少了設備的體(ti) 積,提高了係統的響應特性,使得微束等離子弧的工作更加穩定。利用該技術對發動機廢舊排氣門密封錐麵進行再製造後的氣門變形量小,表麵硬度恢複到新品數值,力學性能滿足要求,成本僅(jin) 為(wei) 新品的1/5。  

  (5)再製造無損檢測評估技術及其儀(yi) 器設備  

  廢舊零部件損傷(shang) 狀態無損檢測與(yu) 評估是再製造質量控製體(ti) 係的重要內(nei) 容。研究了汽車發動機缸體(ti) 、曲軸、連杆、氣門杆等不同再製造零部件的多種無損檢測評估技術(渦流、超聲、金屬磁記憶、聲發射等),並研製出了高頻渦流無損檢測儀(yi) (適用於(yu) 氣門杆、連杆等,通用性強)、高穿透力超聲無損檢測儀(yi) (適用於(yu) 曲軸等,通用性強)、缸體(ti) 渦流/磁記憶綜合無損檢測評估儀(yi) 、金屬磁記憶壽命評估儀(yi) 、納米複合刷鍍層無損測厚儀(yi) 等,實現了發動機氣門杆、連杆、曲軸、發動機缸體(ti) 等重要零部件損傷(shang) 和無損檢測評估,為(wei) 再製造產(chan) 品質量不低於(yu) 新品的質量控製體(ti) 係提供了有力保障。相關(guan) 技術和儀(yi) 器設備已在濟南複強動力有限公司再製造生產(chan) 線上應用,為(wei) 再製造毛坯質量控製體(ti) 係提供了技術支撐。 

  裝甲兵工程學院聯合山東(dong) 能源機械集團有限公司和北京首科集團公司申報建設的“機械產(chan) 品再製造國家工程研究中心”,以機械零部件的再製造技術和設備開發為(wei) 主線,為(wei) 提高我國機械產(chan) 品再製造領域的研發水平、製造技術和工程應用水平,提供有效的成果創新和技術服務。  

  工程中心的最大特色與(yu) 優(you) 勢是所進行的共性關(guan) 鍵技術研發涉及再製造工藝過程的回收、拆解清洗、再製造加工,以及再製造產(chan) 品性能檢測與(yu) 壽命評估的係列行為(wei) ,是一項係統工程,所從(cong) 事的再製造對象涉及汽車、工程機械、礦采機械、機床機械等多個(ge) 工業(ye) 領域的量大麵廣和附加值高的係列機械產(chan) 品,因此,工程中心可以站在整個(ge) 機械產(chan) 品再製造行業(ye) 的高度,圍繞國家對再製造的整體(ti) 部署,開展係統、全麵的研發與(yu) 工程化和產(chan) 業(ye) 化推廣業(ye) 務,從(cong) 而實現引領再製造行業(ye) 的長遠發展戰略。另外,工程中心的研發產(chan) 品涉及再製造新材料、新設備與(yu) 新工藝,這些具有自主知識產(chan) 權的高新技術成果可以從(cong) 源頭上最大限度降低再製造成本。  

  徐院士對機床領域的再製造也很關(guan) 注。目前,中國各類機床設備保有量近700萬(wan) 台,居世界第一,數控化率不到30%,役齡超過10年的傳(chuan) 統機床占一半以上,每年都有大量機床麵臨(lin) 淘汰。機床再製造作為(wei) 一種基於(yu) 廢舊機床資源循環利用的機床製造新模式,在我國具有廣闊的發展前景,對於(yu) 實現我國大量麵臨(lin) 報廢的舊機床資源的循環再利用具有重要意義(yi) 。特別是2008年以來,隨著金融危機的爆發,新機床市場不斷萎縮,高效、節約、環保的再製造領域為(wei) 機床製造企業(ye) 所重視,一些機床製造企業(ye) 已經開始悄無聲息地把目標轉向了再製造領域。

  機床數控化再製造在我國現階段也具有非常重要的意義(yi) ,可以大大節約設備投資,以較小的代價(jia) 獲得性能先進的數控機床,提高加工效率和加工質量;可全麵提升企業(ye) 現有機床性能,有效提高企業(ye) 加工製造能力。我國數控化率整體(ti) 呈逐年遞增趨勢。不過與(yu) 日本、美國、德國等發達國家60%~70%的產(chan) 量數控化率和80%~90%的產(chan) 值數控化率相比,設備產(chan) 品的數控化率水平還顯得太低。此外,從(cong) 1979年開始,我國許多精密機床及大(重)型機床就開始主要依賴於(yu) 進口。這些重大機床設備的價(jia) 格極其昂貴,目前很多已接近報廢。麵對我國從(cong) 製造大國轉變為(wei) 製造強國的發展趨勢,這些各種形式的報廢及老舊機床都將轉入機床再製造的行列。 

  從(cong) 經濟性角度來說,機床再製造投入資金少,周期短,節能節材環保等政策優(you) 勢明顯。對於(yu) 附加價(jia) 值很高的普通機床或數控機床,通過再製造充分利用機床的原有零部件,節約製造這些零部件的成本,平均可比購置同樣性能級別的新機床節約成本60%~80%,且再製造後的機床不低於(yu) 原有新機床的性能水平。同時,用戶可以根據機床的狀態及工藝要求來選擇數控係統或其他功能,進一步提高機床的數字化程度。  

  對未來機床再製造發展的方向,徐院士認為(wei) 主要是注意兩(liang) 個(ge) 方麵:

  (1)要以一係列先進技術作為(wei) 機床再製造業(ye) 的實現方法,不能再重複製造業(ye) 發展中低水平、低質量、低效益的老路。  

  再製造的首要標準就是質量不低於(yu) 新品,同時要具有節能減排,綠色環保等一係列社會(hui) 效益。因此,不能走先汙染再治理這一老路,不能使用低水平的老辦法,不能以子孫後代的健康為(wei) 代價(jia) 。現階段,我國再製造技術已經走在了世界的前沿,針對性、可操作性、環保性都很強。這些發展再製造的企業(ye) ,必須吸收消化我國的先進技術,同時不斷提高管理質量。隻有這樣,才能真正的做到節能、環保;也隻有這樣,才是徐院士提出“再製造”的真正本意。

  (2)機床再製造產(chan) 業(ye) 的發展,要做到不急不躁,穩步前進,與(yu) 政府向導,與(yu) 社會(hui) 需求相統一。  

  作為(wei) 再製造領域的一個(ge) 重要方向,機床再製造具有可觀的發展前景以及巨大的環境收益。然而作為(wei) 一個(ge) 新興(xing) 產(chan) 業(ye) ,其產(chan) 業(ye) 化體(ti) 係尚處於(yu) 初級階段,市場不完善,發展過程將會(hui) 遇到技術能力與(yu) 人才質量、質量體(ti) 係建設與(yu) 盈利能力培養(yang) 等等一係列矛盾問題。機床再製造產(chan) 業(ye) 將不斷成熟,標準化、規範化以及蘊含世界領先技術能力,將形成基於(yu) 廢舊機床資源重用與(yu) 再製造的新興(xing) 機床製造業(ye) 、機床維修與(yu) 升級服務業(ye) 、機床以舊換新綜合產(chan) 業(ye) 、各機床製造廠家的集成特約維修部、各生產(chan) 企業(ye) 的設備維修車間等形式的新型產(chan) 業(ye) 化模式。  

  在產(chan) 業(ye) 化發展過程中,由於(yu) 機床製造商是廢舊機床的原始生產(chan) 者,具有技術、人才、品牌、信息等各方麵的優(you) 勢,將在機床再製造產(chan) 業(ye) 化,特別是基於(yu) 廢舊機床再製造的新興(xing) 機床製造業(ye) 、機床以舊換新、機床維修升級服務發展過程中發揮重要的作用。機床維改服務商將可能發展成為(wei) 機床製造商與(yu) 機床用戶的第三方機床再製造商。  

  徐院士在表麵工程和再製造領域所作的工作對筆者產(chan) 生了極大的影響,筆者認為(wei) 我們(men) 都應該在各自的工作領域承擔責任,堅持努力,為(wei) 祖國的發展做出自己的貢獻。 

  附:再製造在我國發展的主要節點:

  1999年6月,徐院士在中國西安召開的“先進製造技術國際會(hui) 議”上作了《表麵工程與(yu) 再製造技術》的特邀報告,在中國率先提出“再製造”的概念。2000年3月,在瑞典哥德堡召開的第15屆歐洲維修國際會(hui) 議上,發表了題為(wei) “麵向21世紀的再製造工程”的會(hui) 議論文,這是我國學者在國際維修學術會(hui) 議上首次發表“再製造”論文。2000年12月,“再製造工程技術及理論研究”被國家自然科學基金委機械學科列為(wei) “十五”優(you) 先發展領域,標誌著再製造的基礎研究已經得到了國家的重視和認可;  

  2005年,“資源循環型製造與(yu) 再製造”又被國家自然科學基金委機械學科列為(wei) “十一五”優(you) 先發展領域,再製造的學術地位得到進一步鞏固。2005年6月國務院連續頒發的第21、22號文件中均指出:國家將“支持廢舊機電產(chan) 品再製造”,並把“綠色再製造技術”列為(wei) “國務院有關(guan) 部門和地方各級人民政府要加大經費支持力度的關(guan) 鍵、共性項目之一”; 

  2009年1月頒布生效的《中華人民共和國循環經濟促進法》在第2、第40和第56條中六次闡述再製造,明確表示國家大力支持再製造。2009年4月,徐濱士院士受邀向中共中央政治局常委、國務院副總理李克強匯報再製造產(chan) 業(ye) 的發展現狀與(yu) 對策建議,受到李克強副總理的高度重視,並以超過預定匯報時間數倍的時間深刻討論再製造。2009年12月,中國工程院徐匡迪院長與(yu) 徐濱士院士聯名起草的中國工程院建議《我國再製造產(chan) 業(ye) 發展現狀與(yu) 對策建議的報告》得到溫家寶總理的高度評價(jia) ,並做出重要批示“再製造產(chan) 業(ye) 非常重要。它不僅(jin) 關(guan) 係循環經濟的發展,而且關(guan) 係擴大內(nei) 需(如家電、汽車以舊換新)和環境保護。再製造產(chan) 業(ye) 鏈條長,涉及政策、法規、標準、技術和組織,是一項比較複雜的係統工程。”  

  2010年5月,國家發改委、科技部、工信部、公安部、財政部、商務部等11個(ge) 部委聯合下發《關(guan) 於(yu) 推進再製造產(chan) 業(ye) 發展的意見》,指導全國加快再製造的產(chan) 業(ye) 發展,並將再製造產(chan) 業(ye) 作為(wei) 國家新的經濟增長點予以培育。2010年10月,國務院32號文件《國務院關(guan) 於(yu) 加快培育和發展戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 的決(jue) 定》正式頒布了包括“節能環保產(chan) 業(ye) ”在內(nei) 的七大戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) ,再製造成為(wei) 節能環保產(chan) 業(ye) 中的重要組成部分。

    2011年3月,國家發布了《國民經濟和社會(hui) 發展第十二個(ge) 五年規劃綱要》,多次強調再製造,其中第23章明確提出:“加快完善再製造舊件回收體(ti) 係,推進再製造產(chan) 業(ye) 發展;開發應用再製造等關(guan) 鍵技術,推廣循環經濟典型模式。”

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