近日,航天首台自主研制的机器人搅拌摩擦焊系统在航天科技集团一院211厂工艺研发中心完成调试。该系统最大的特点是可以根据产品的形状调整焊接的力度,实现常规焊、定轴焊、双轴焊3种工艺,更灵活、更具柔性。
该设备的成功研制,将彻底改变搅拌摩擦焊贮箱一枝独秀的局面,让更多的产品实现搅拌摩擦焊。
完成这个航天“首创”,211厂研制团队摸着石头过河,在一次次跌倒后突破了难关。
“跳动”启发灵感
研制是从零开始的。
由于该项技术比较前沿,国内外研究成果很少,技术封锁性很强。211厂研制团队只能从翻阅文献材料做起。
要知道,让设备变得灵活、柔性,不是简单地使用一个机器人就可以实现的,技术难点在于控制系统。但系统应该长什么样,谁也不知道。
通过查阅文献资料,研制人员了解到这种控制系统的表现形式是“力控”,这一关键词让研制团队找到了突破口。
他们立即广泛调研和论证能够实现“力控”的系统,决定研制双轴肩单向力传感器系统,实现灵活焊接。于是,团队购置机器人、研制搅拌主机、研究控制系统算法,并将它们集成运行,终于摸到了河里的石头。
2018年夏天,在一次设备调试试验中,大家发现传感器传回来的数值跳动很大,严重影响了控制系统算法的精确度,导致焊接质量很不好。
这次数值跳动,让研制团队对控制系统有了更深入的理解。他们给控制系统增加了传感器修正算法。一次数值跳动成了控制系统精确运行的关键,研制人员修正了数值,最终实现了精准焊接。
“掌握了控制系统的核心算法,以后无论换什么搅拌头,或是外力环境如何改变,相信我们都有办法解决。”设计员张新宇介绍。
弥足珍贵的失败
除了在有限的文献资料里找灵感,研制人员还从失败中摸索出了更多的实践经验。
柔性的焊接系统,需要搭配柔性的焊接头。除了211厂应用较多的常规焊,研制团队还设计实现了定轴肩和双轴肩两种焊接工艺,其中定轴肩焊最难。
之前,研发部就与5车间联合开展了定轴肩焊接工作的焊接探索。这种焊接工艺主要是通过轴肩不转、搅拌针转的原理,焊接出更为平滑的焊缝,能够有效减少焊接缺陷,而它的结构设计是在一次失败中成形的。
经过与战略合作伙伴共同研讨,研制团队初步设计出了一个定轴肩搅拌头。但在第一次试验刚开始没多久,搅拌的针与不动的轴就发生了碰撞,试验失败了。
研制团队迅速总结失败教训,调整轴间隙,又开始一次次试验,最终摸索出焊接转速、下压量等参数,成功攻克了定轴肩焊接工艺难关。一次失败,让大家看到了成功的希望。
后续,211厂将进一步开展工艺稳定性等试验,为未来在空间曲线焊缝上的工程化应用奠定技术基础。
从只能满足厚壁、直线焊缝的贮箱焊接“刚需”,到未来可以焊接更多曲面、薄壁产品,211厂搅拌摩擦焊技术的工程化应用向前迈进了一大步。(宁丽红)