焊接火箭发动机到底有多难焊接火箭发动机到底有多难焊
一個搞電焊的能有多厲害?年薪百萬,還送北京兩套房?抱歉,這些人家根本看不上。
作為一名專業焊接火箭發動機的電焊工,高鳳林絕對是藍領工人的天花板級別。
那么焊接火箭發動機到底有多難?我國的火箭焊接技術與美國相比,處于一個什么水平呢?
火箭發動機焊接難點在哪?
這是火箭的發動機,發動機尾部這個看著像大喇叭的東西,叫發動機噴管。在火箭點火發射飛行過程中,經過噴管的燃氣溫度在1000-3000攝氏度之間,太陽表面溫度是5500攝氏度,大約是太陽表面溫度的一半。雖然溫度沒有太陽高,但是噴管表面所感受到的熱量,可是與太陽表面非常接近。面對如此高的熱量和溫度,即便是目前人類能制造的最耐高溫的材料,也無法承受。
既然硬抗不行,那就要想辦法給噴管進行冷卻降溫,電腦的液冷系統我們都見過,冷卻液在主機內部流淌,將熱量帶走,科學家給噴管降溫的方法,與此方法大致相同。改變噴管的結果,將噴管做成中空帶夾層,火箭的液體推進劑在進入燃燒室之前,先在這個中空夾層中走一圈,這樣就能把熱量帶走,噴管也就不會被燒毀了。
好,現在方法是有了,但還有一個問題更加棘手。這是夾層式噴管的橫截面,中間流淌的推進劑,溫度低于零下100度,而夾層外部則是幾千度的高溫,冰火兩重天。而且夾層壁的厚度僅為1毫米,除了巨大的溫差,還要承受幾十甚至上百個大氣壓力的沖擊,以及發射過程中的強烈震動。這一系列的嚴苛要求,都對焊接質量提出了巨大挑戰,哪怕是一點點的裂縫或者氣泡,就可以造成火箭在飛行過程中噴管損毀,進而影響火箭的發射。
上個世紀90年代,我國在研制“長三甲”系列運載火箭時,大推力發動機的大噴管焊接,成為了研發瓶頸。當時的火箭發動機噴管是由248根細方管組成的,方管壁厚只有0.33毫米,比一張紙還要薄。焊接這樣的噴管,焊槍哪怕是多停留0.1秒,就有可能把方管燒穿,每焊壞一個這樣的噴管,損失就高達百萬。更要命的是,還會嚴重影響火箭的研發進度。
高鳳林作為一名航天特種焊工,為了解決噴管的焊接難題,勤學苦練,就連吃飯時,都拿著筷子練習送焊絲的動作,為了焊接動作的一氣呵成,高鳳林更是練就了10分鐘不眨眼的硬功夫,在他的帶頭下,我國最終攻克噴管焊接的技術難題。到目前為止,我國大約40%的火箭發動機是經由高鳳林之手焊接的,被譽為火箭心臟焊接第一人,是真正的大國工匠。
62年出生的高鳳林,已經到了退休的年紀,為了將技藝傳承下,他組建了學習班,手把手教學,將自己的技藝無條件的傳授給其他師傅,為我國航天事業的發展,注入更多新鮮血液。
機器焊接
看到這,我想你不禁會問,在工業高度智能化,自動化的今天,為什么不嘗試用機器人焊接火箭呢?別急,下面就介紹一下咱們國家的火箭自動焊接技術。
過去之所以選擇人工焊接,是因為焊接火箭的方式很特別,操作流程極為復雜,有些焊接更是需要在真空環境下進行,焊接過程很難實現自動化。但人工焊接的缺點同樣非常突出,對操作人員的技術水平要求較高,能干得了這種活的人,全國也沒有多少。這就導致了火箭制造周期長,成本過高等問題。
現在隨著科技進步,火箭焊接難題,正在逐步被一一解決。8月30日,由武重集團自主研制的,十米級火箭燃料貯箱箱底焊接系統,開始了批量試驗件的焊接。在火箭內部,燃料貯箱主要用于儲存動能燃料,也是整個火箭一飛沖天的動力源。大型火箭的燃料貯箱的箱底,直徑達到9.5米,是由12個弧形材料進行無縫焊接拼裝在一起的。如何在材料在不變形的情況,保證焊接精度,讓它成為了整個燃料鑄件焊接過程中最難的一個環節。武重集團歷時3年,四次方案推倒重來,最終攻克了反變形加工,復雜曲面零件骨架制造等一系列卡脖子問題。
那么,武重集團的這個技術,有多牛呢?目前,俄羅斯能做到最大直徑是8米,美國是10米,我們和美國差不多,屬于是世界最先進水平。有了這樣一臺設備,未來我們用于探測火星,載人登月的重型火箭,就可以更早地進行試飛,是我國未來進行深空探測的重要利器。
除了武重集團,還有我國的民營航天公司,藍箭航天,他們研發的激光焊接夾層噴管工藝,是由機器人進行激光焊接。目前,采用該工藝的“天鵲”80噸發動機噴管,已成功點火試車。民營航天企業的崛起,是我國航天事業走向強大的一個具體表現,中國人在航天事業上取得的成就,現在就連美國看著都眼饞。
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總結
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