智能化焊接技術(shù)正應(yīng)用于世界單機(jī)容量最大500兆瓦沖擊式轉(zhuǎn)輪中心體鍛件增材制造。東方電機(jī)供圖

近日，記者在位于四川省德陽市的東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司數(shù)字化車間看到，由企業(yè)自主研制的世界單機(jī)容量最大500兆瓦沖擊式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪正在進(jìn)行機(jī)器人焊接。只見機(jī)械臂左右飛舞，伴隨著一朵朵絢麗的火花綻放，細(xì)小的“指尖”在巨型鋼材上精確“點(diǎn)繡”出毫米級(jí)的紋路。

轉(zhuǎn)輪，形似古時(shí)候的水車，是水電機(jī)組的核心部件，被譽(yù)為水電機(jī)組的“心臟”。沖擊式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪要將高速射流的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其受到的載荷具有更明顯的沖擊特性，在高速旋轉(zhuǎn)中需要承受高頻次的交變應(yīng)力作用。因此，其設(shè)計(jì)和制造需要考慮水力性能、結(jié)構(gòu)特性與材料性能、磨蝕防護(hù)等多項(xiàng)因素。

機(jī)械臂在中心體鍛件上飛舞。東方電機(jī)供圖

“我們這次研制的轉(zhuǎn)輪將用于目前世界在建綜合難度最大的沖擊式水電項(xiàng)目扎拉水電站。這個(gè)電站具有高水頭、大容量、高海拔的特點(diǎn)?！睎|方電機(jī)焊接工藝高級(jí)工程師金寶比喻，這里的水流對(duì)轉(zhuǎn)輪水斗的沖擊力相當(dāng)于7.5噸重的貨車以百公里時(shí)速撞擊產(chǎn)生的能量，“關(guān)鍵是，轉(zhuǎn)輪上每個(gè)水斗需要經(jīng)受住150億次這樣的沖擊?！?/p>

馴服“野獸”，當(dāng)然需要“重器”。當(dāng)見到直徑6.2米、整體重量達(dá)到90噸的轉(zhuǎn)輪時(shí)，記者不禁感慨道：“這需要多少人工才能做出來呀？”“我們制造過程95%以上都采用了數(shù)字化、智能化手段?！苯饘氄f。

細(xì)小的“指尖”在鋼材上精確“點(diǎn)繡”出紋路。東方電機(jī)供圖

轉(zhuǎn)輪主要分為中心體鍛件和水斗。以往較小的轉(zhuǎn)輪，通常是在一塊完整的鋼材上“鏤空雕刻”出整體，二者自然相連。但面對(duì)500兆瓦的世界級(jí)巨物，目前尚無如此大體積的原材料進(jìn)行整體化加工?！皩⒅行捏w鍛件和水斗分開制造再焊接，是目前唯一的解決方案?！苯饘毐硎荆行捏w鍛件接上水斗，好比使花蕊長(zhǎng)出花瓣，“但作為直接承受沖擊力的水斗如果連接不好，結(jié)果不敢想象。”

“我們?cè)谛袠I(yè)內(nèi)首次將‘機(jī)器人激光+電弧復(fù)合增材制造技術(shù)’應(yīng)用于大型沖擊式轉(zhuǎn)輪?！苯饘毥榻B，這相當(dāng)于用“3D打印”在“花蕊”和“花瓣”的連接處制造出“小花瓣”，從而方便從“小花瓣”中“長(zhǎng)”出一片片“大花瓣”?！拔覀儼堰@個(gè)操作叫做‘鐵臂繡花’”。

“機(jī)器人激光+電弧復(fù)合增材制造技術(shù)”在中心體鍛件上“繡”出“小花瓣”。東方電機(jī)供圖

“這項(xiàng)技術(shù)高度適用于復(fù)雜型面結(jié)構(gòu)部件定制化制造，實(shí)現(xiàn)‘所焊即所得’，可以降低原材料厚度的40%，保證中心體鍛件制造質(zhì)量?！苯饘氄f，此次的轉(zhuǎn)輪通過“3D打印”的制造量就有6.2噸。

大小“花瓣”如何精確焊接？這又是一個(gè)難題！

為此，東方電機(jī)創(chuàng)新開發(fā)并在行業(yè)內(nèi)首次應(yīng)用了沖擊式轉(zhuǎn)輪外部水斗機(jī)器人焊接技術(shù)?！坝捎诟鳌ò辍g距離很小，機(jī)器人無法在‘花瓣’間自由穿梭。這就需要精確控制機(jī)器人的行走路徑，確保每步焊出完美的焊縫?！苯饘氄f，結(jié)合數(shù)字化、智能化，通過虛擬化模擬技術(shù)，他們?cè)O(shè)計(jì)了機(jī)器人的行走軌跡，經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，論證和開發(fā)了這項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊縫性能、焊接質(zhì)量及過程穩(wěn)定性的大幅提升。

“相比人工焊接，機(jī)器人通過嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)定的焊接參數(shù)，可以焊接出完美的焊縫，大幅降低了高質(zhì)量焊接對(duì)高技能水平焊工的依賴?！睎|方電機(jī)數(shù)字化與智能制造技術(shù)部副部長(zhǎng)潘少民表示，此次創(chuàng)新為后續(xù)高水頭大容量沖擊式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪規(guī)模化生產(chǎn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

世界單機(jī)容量最大500兆瓦沖擊式轉(zhuǎn)輪完成機(jī)器人焊接。人民網(wǎng)記者 王波攝

截至記者發(fā)稿前，轉(zhuǎn)輪已完成機(jī)器人焊接，焊后一次探傷合格率超過99%，預(yù)計(jì)將于2026年初下線。

據(jù)了解，1925年，中國人自行設(shè)計(jì)施工的第一座水電站在四川建成發(fā)電。四川水電，已歷經(jīng)百年。如今，四川正持續(xù)抓好制造業(yè)“智改數(shù)轉(zhuǎn)”和大規(guī)模設(shè)備更新，開展工業(yè)節(jié)能降碳行動(dòng)。水電產(chǎn)業(yè)的含新量、含智量不斷增加，推動(dòng)水電技術(shù)不斷突破，從而為相關(guān)產(chǎn)業(yè)提升含綠量提供源源不斷的動(dòng)力。（薛育建、李平、王波）

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