近日，中國航天科技集團公司一院火箭總裝廠——211廠《運載火箭貯箱橢球箱底攪拌摩擦焊接技術及裝備》課題，榮獲國防科學技術進步一等獎，這是此次一等獎項目中唯一一項屬于運載火箭的榮譽。榮譽背后，印刻著該廠科研人員十幾年來，在攪拌摩擦焊技術研發、工程化應用、標準制定和裝備設計領域一次次零的突破，將火箭貯箱制造水平推向新的高峰。
    第一個整箱應用技術
    2014年1月24日，我國第一個3.35米全攪拌摩擦焊貯箱在211廠下架。之所以稱之為“全攪拌摩擦焊貯箱”，是因為這個貯箱從箱底主焊縫到筒段縱縫、箱體環縫，均采用了攪拌摩擦焊技術進行焊接。從最初的直線焊接到空間曲線焊接，從筒段縱縫到國內首個全攪拌摩擦焊貯箱的誕生，該廠不辱“引領航天制造業”的使命，走出了一條由簡至難、穩扎穩打的技術攻關之路。
    攪拌摩擦焊技術，最早起源于1991年的英國，其影響程度堪稱一場焊接界的革命。這種焊接接頭缺陷少、質量高、變形小，焊接過程環保無污染，在航天產品上應用具有明顯優勢。該廠與攪拌摩擦焊技術的結緣也要追溯到十幾年前。
    發展航天，運載先行。貯箱是運載火箭上最為重要的結構件。該廠是我國最大的運載火箭生產制造基地，也是唯一的低溫貯箱生產企業，貯箱的焊接技術是該廠的核心技術能力。如果能將先進的攪拌摩擦焊技術在貯箱上應用，將大幅提升運載火箭制造的整體水平。上世紀末，該廠開始密切關注攪拌摩擦焊技術的發展，并針對其在火箭貯箱上的應用，開展了各方面的研究。
    該廠瞄準世界前沿技術，結合豐富的傳統熔焊經驗，采用“分步實施、步步為營、風險最小”的策略，將攪拌摩擦焊這個“硬骨頭”一點一點啃下來。十年前的一個夏日，該廠第一次將攪拌摩擦焊技術應用于筒段縱縫焊接中，并通過了嚴酷的質量檢測。“這是國內第一次將攪拌摩擦焊技術成功應用于運載火箭貯箱的制造上，其綜合技術達到國外同類火箭貯箱攪拌摩擦焊的先進水平，屬于國際先進。”專家給出了權威的鑒定結論。
    十年后的今天，該廠將攪拌摩擦焊技術全面應用于整個貯箱焊接過程中，對箱體環縫攪拌摩擦焊工藝進行優化，初步摸索了關鍵參數；設計、新制適用于箱體環縫的可回抽攪拌頭，滿足了箱體環縫的特殊要求，并首次考核了長距離焊接攪拌頭的壽命；結合產品結構特點，新制內撐、外箍及軸向壓緊工裝，確定了全攪拌摩擦焊貯箱的裝配焊接工藝流程，使裝配精度得到了大幅提升。
    第一個編制行業標準
    在企業界流傳著這樣一句話：“三流的企業做產品，二流的企業做品牌，一流的企業做標準。”2008年，該廠率先編制出國內第一份系列鋁合金攪拌摩擦焊航天行業標準，并通過了中國航天科技集團公司的最終評審，為該技術的工程化應用提供了依據。
    早在研制首件攪拌摩擦焊試驗件時，該廠就想到這項技術必須制定工藝標準、檢測標準，否則就不可能實現工程化應用。標準就像“百科全書”，不僅涉及攪拌摩擦焊的工藝參數，而且其核心攪拌頭的研制與開發、如何進行焊接缺陷修補、檢測手段等問題，都在“百科全書”中給出了答案。
    在國外技術封鎖、國內該領域一片空白的“零起點”上，該廠由總師系統直接領導，開展了大量試驗，收集數據、總結經驗、廣泛調研，征集國內各相關單位意見，經過系統、充分的焊接試驗驗證后，最終編制出攪拌摩擦焊航天行業系列標準，填補了國內航天系統攪拌摩擦焊技術標準的空白，進一步推動了攪拌摩擦焊技術在航天型號研制、批量生產中的應用。
    此后，該廠陸續完成了5項航天行業標準的編制，申報國家、國防發明專利12項，曾獲得國防科學技術進步二等獎2項，并將大量研究成果歸納總結、梳理提煉，出版了我國第一部系統論述鋁合金攪拌摩擦焊技術的著作——《鋁合金的攪拌摩擦焊接》。
    理論從實踐中提煉而來，又繼續指導并推動著應用的發展。例如，該廠的攪拌摩擦焊的超聲相控陣檢測，從最初的離線手動檢測，升級為在位自動化檢測，大大提升了效率；摩擦塞補焊的探索，為缺陷修補提供了思路。如今，該廠已形成集攪拌摩擦焊工具研制、攪拌摩擦焊接工藝研發、攪拌摩擦焊無損檢測及標準制定、大型非標攪拌摩擦焊裝備研制、型號產品工程化應用等于一體的攪拌摩擦焊技術發展體系，為攪拌摩擦焊技術在型號上的應用提供了堅實的保障。
    第一個經受飛行考核
    對于航天領域，一項新的技術只有走出實驗室、飛上藍天，才算真正實現工程化應用。2009年，由211廠生產總裝的長三丙火箭成功發射升空。這發火箭的貯箱縱縫首次應用了攪拌摩擦焊技術，這是該技術在航天領域第一次接受的“真刀真槍”的飛行考核。
    該廠完成攪拌摩擦焊航天行業標準制定后，立即著手將其推向工程化應用，以此帶動貯箱制造水平的整體提升。
    然而，這項新技術非常“年輕”，而我國長征系列現役運載火箭的各項設計參數、焊接方法早已固定，即使只在一種焊縫上應用攪拌摩擦焊，也要面臨未知的挑戰，承受巨大的壓力。團隊里每名成員的工作更加認真仔細，交出了漂亮的成績單：火箭貯箱筒段縱縫焊接一次合格率高達90%以上，接頭性能大幅提升……經過現場評審，“金牌火箭”——長三甲系列火箭總師、設計人員對攪拌摩擦焊的質量深感滿意，一致同意在長三甲火箭的一二級貯箱上使用攪拌摩擦焊技術，進行飛行考核。
    自此，該廠開啟了攪拌摩擦焊進行飛行考核的征程，并總結出“成熟一個、推行一個”的工程化應用模式，即攪拌摩擦焊技術在哪種焊縫上使用具備條件，就立刻從攻關團隊轉向生產班組，在設計人員的支持下，進行飛行考核。這種模式縮短了新技術推廣應用的周期，同時也打造了一支科研與生產完美結合的“精兵強將”隊伍。       這種模式由集團公司首席焊接專家把握方向，一批技術專家作具體技術支撐，帶領著高學歷的技術骨干，同時搭配特級、高級技能人員，整個隊伍層次分明、搭配合理。2009年至今，該廠已經先后實現了火箭貯箱縱縫、箱底縱縫、箱底全攪拌摩擦焊的工程化應用，并多次刷新了攪拌摩擦焊在國內航天領域的“飛行成功紀錄”。
    第一個研制5米級裝備
    攪拌摩擦焊技術的大面積應用是未來發展的趨勢，但只有具備自主設計研發裝備的能力，才能走上獨立的技術發展之路。2014年初，211廠自主設計研制的第一臺5米級縱縫攪拌摩擦焊設備安調到位，即將為攪拌摩擦焊技術的進一步推廣發揮作用。
    在研究攪拌摩擦焊工藝技術的前期，該廠“土法上馬”，以一臺熔焊裝備為基礎，成功將其改造成為第一臺攪拌摩擦焊設備。這不僅解決了設備從無到有的問題，而且成為工藝技術摸索研發的堅實保障。此次攪拌摩擦焊技術順利通過飛行試驗考核，這臺設備也成功經受了考驗。
    為實現攪拌摩擦焊在長征五號火箭筒段上的應用，2009年，該廠從國外引進了一臺攪拌摩擦焊縱縫焊接設備，可以加工2.25米、3.35米和5米直徑貯箱的縱縫，極大地提升了貯箱縱縫生產的能力。
    該廠并不滿足于此。設備安調時，工裝設計人員與國外工程師主動溝通，結合生產實際，將學到的經驗消化吸收再創新，成功設計出航天領域第一臺5米級縱縫攪拌摩擦焊設備。這臺攪拌摩擦焊設備比國外引進的設備自動化程度更高、剛性更強、結構更優化、焊接過程更加穩定，而且完全是由該廠獨立自主設計開發出來。后續，該廠又生產了兩臺設備并交付使用。
    近兩年來，某新型號貯箱要求采用全攪拌摩擦焊技術。在緊張摸索工藝技術的同時，該廠同時啟動了箱體總裝環縫攪拌摩擦焊裝備的設計。因為要保證產品總裝的尺寸公差要求等，必須采用全新的結構、驅動方式、焊接方法和控制系統。
    該廠采取項目負責制的方式，組織了專項團隊，現已完成方案的全部設計工作，進入裝備的制造總裝階段，預計在6月交付使用。盡管目前該廠已經實現了全國首個全攪拌摩擦焊貯箱的生產，但結構更復雜的法蘭盤要實現攪拌摩擦焊，還需要更加先進的五軸聯動攪拌摩擦設備才能實現。該廠正在通過戰略合作的方式，與其他單位聯合開發，現已完成五軸聯動攪拌摩擦焊主機的方案設計，并初步通過評審。現在，該廠已獨立自主完成了多項試驗專機開發、攪拌主軸和攪拌頭的設計開發等，真正具備了大型攪拌摩擦焊設備的開發能力。
    十年攻關路，五年飛天行。對于攪拌摩擦焊這項技術的開發與應用，該廠經歷了很多的“第一次”，也在航天甚至全國開創了很多的“第一次”。該廠保持著這份破冰的勇氣和魄力，要在攪拌摩擦焊的創新研發與工程應用之路上走得更遠。