航空发动机、燃气轮机制造需要一种工业母机——超大型惯性摩擦焊机，它通过待焊材料之间摩擦产生热量，在顶锻力的作用下让材料发生塑性变形和流动，进而连接母材。长期以来，由于未掌握核心技术，国内企业只能用其他焊接技术替代惯性摩擦焊，与国外产品有很大差距。
近日，国焊（上海）智能科技有限公司联合华东理工大学、上海工程技术大学研发的“1000吨高精度惯性摩擦焊机”在上海临港调试成功，正在推进“两机”（航空发动机、燃气轮机）装备中典型部件的焊接工艺验证。经过10余年技术攻关，上海校企合作团队终于打破了国外垄断。
惯性摩擦焊技术在汽车、高铁、地铁、石油、工程机械等其他领域也有广泛的应用前景。在市经信委、临港新片区管委会和临港集团的支持下，国焊科技已入选“上海市工业母机重点企业”，进入了发展快车道。
从引进、消化吸收到自主创新
“惯性摩擦焊装备的国产化替代之路，始于2010年。”上海工程技术大学副校长、“上工程—国焊科技”校企合作团队首席技术专家夏春明说，那时他在华东理工工作，在原华东理工大学机械厂厂长朱建华带领下，开展惯性摩擦焊装备国产化替代的研发。
惯性摩擦焊机的运行过程
循着引进、消化吸收、再创新这条路径，朱建华和夏春明带领华东理工科研团队，反复琢磨进口惯性摩擦焊机的科学原理和技术难点。据介绍，这种工业母机的技术难度非常高，要在数秒内将巨量的动能通过摩擦转化为用于焊接的内能，实现可达到兆瓦级的瞬时功率输出；同时，其能量控制系统要有超高精度，相当于将一节50吨重、以270公里时速行驶的高铁车厢在10秒内刹停，而且停车位置与目标位置的误差须控制在0.01毫米级别。
这两大技术门槛，对装备设计提出了很高要求。如何让主轴系统承受数百吨乃至1000吨压力？如何在数百吨顶锻力下保持主轴的高速转动？华东理工团队在消化吸收国外技术的基础上，走上了自主创新之路。2010年以来，他们先后自主设计出160吨、250吨、400吨惯性摩擦焊机，其轴向力越来越大，不断向制造“两机”的千吨级高精度惯性摩擦焊机迈进。
2020年4月，华东理工校友龚铁军创办的国焊科技在上海成立。朱建华担任公司科研团队总负责人，多位华东理工毕业生成为这家企业的科研骨干，他们希望把10年攻关成果转化为产品，让国产惯性摩擦焊机成为真正的国之重器。
公司成立时，夏春明已任上海工程技术大学副校长，他在上海工程大新组建了一支多学科交叉团队，与国焊科技开展校企深度合作，推进产教融合、科教融汇走深走实。
客户带着样品来到国焊科技，进行“1000吨高精度惯性摩擦焊机”应用试验。蒋蕙摄
有望对汽车等产业“降维打击”
如今，国焊科技已拥有各类专利30多项，成为高新技术企业、上海市专精特新中小企业，今年开始为用户提供科研和技术服务。
除了惯性摩擦焊，这家企业还与上海工程大、华东理工合作，研制出摩擦塞补焊、混合摩擦焊等装备和技术，正在联合研发新一代线性摩擦焊装备。“这些装备和技术属于‘极限制造’，与其他焊接技术相比，它们在制造过程中可以降本增效、节能减排，提升产品的性能和寿命，还能不使用任何耗材直接实现异种金属材料焊接。因为是在一瞬间完成一次锻造过程，焊接后异种金属材料的强度会高于本体。”龚铁军说。
在他看来，“极限制造”技术可以在多个产业领域形成“降维打击”。比如，汽车轮毂制造领域内卷严重，各类轮毂的平均净利润低于5%，如果采用惯性摩擦焊工艺，将实现汽车轮毂的轻量化和降本：在性能一致的情况下，焊接式轮毂的成品重量比铸造工艺减轻约10%，材料利用率比锻造工艺高20%—30%；由于工序减少，加工成本也会大幅降低。目前，国焊科技与用户单位共同开发的焊接式轮毂，已通过一系列性能试验。
“如果这种新工艺在轮毂制造上推广应用，有望为我国每年节约100万吨铝合金，减少碳排放1.6亿吨。”龚铁军告诉记者，“技术创新后，轮毂生产变得能耗极低，占地面积很小，所以适合在上海建厂，成为上海制造的一个增长点。”
汽车轮毂客户在国焊科技观摩焊接试验的全过程。蒋蕙摄
在长三角区域，占地7500平方米的“绍兴极限制造加工中心”已立项，有望实现惯性摩擦焊技术在工业领域的大范围覆盖。在汽车行业，国焊科技将与国内头部电机制造企业等合作，推动新能源汽车电机的轻量化和性能提升。在航天、高铁和地铁行业，国焊科技在与用户单位合作，将摩擦塞补焊用于修补列车车体等产品的裂缝和气泡。
随着大模型、数字孪生等信息技术的兴起，夏春明正带领“上工程—国焊科技”校企合作团队，将这些技术用于“极限制造”的数字化转型和智能化应用。各种装备的三维数字化虚拟样机建模、焊接装备的数字孪生系统构建、基于焊接过程大数据的工艺参数优化模型构建、基于大语言模型及“外挂摩擦焊接过程综合知识库”的智能体研究……通过多学科交叉，国产先进焊接装备的数字化、智能化水平将不断提高，成为“中国智造”的一个新亮点。
