拓荒焊接“無人區(qū)”的教授“神來之筆”成就國際首創(chuàng)

沒有焊條，沒有焊槍，沒有煙塵彌漫和火光飛濺，山東大學(xué)焊接技術(shù)實(shí)驗(yàn)室里的自動(dòng)化焊接裝備顛覆著人們的傳統(tǒng)印象。1月4日，在接受記者采訪時(shí)，武傳松向記者展示了其最新作品——世界首創(chuàng)“超聲輔助攪拌摩擦焊設(shè)備”。不久前，這位山東大學(xué)材料焊接方向帶頭人當(dāng)選美國焊接學(xué)會(huì)會(huì)士，成為該學(xué)會(huì)中國內(nèi)地“第一人”。這之后，陸續(xù)有拜訪者前來觀摩學(xué)習(xí)。對(duì)這位常年浸潤在材料連接世界里的“大隱”來說，多多少少有些不習(xí)慣。但他有理由享受這份崇敬。

“武傳松教授是各類焊接過程多物理場模型研發(fā)的開拓者和引領(lǐng)者?！薄八拈_創(chuàng)性工作，為把焊接轉(zhuǎn)變?yōu)榭深A(yù)測和可控制的工程技術(shù)奠定了廣闊的基礎(chǔ)?！痹陂L達(dá)半年的苛刻評(píng)審之后，美國焊接學(xué)會(huì)用“開拓、引領(lǐng)”兩個(gè)詞道出了武傳松在業(yè)內(nèi)的分量。

“因?yàn)檩p量化結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排，高強(qiáng)鋁合金在航空航天、高速列車、船舶等行業(yè)被大量使用，但這種鋁合金并不好焊?！蔽鋫魉烧f，一般而言，焊接以加熱或加壓或兩者并用的方式接合金屬或其他材料。但在傳統(tǒng)的熔焊過程中，金屬局部熔化、形成熔池，在隨后冷卻凝固時(shí)焊縫中容易形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，影響焊縫的質(zhì)量和性能。為避免上述問題，“攪拌摩擦焊”應(yīng)運(yùn)而生。它以加壓代替加熱實(shí)現(xiàn)焊接，綠色環(huán)保?！暗珕栴}在于，常規(guī)攪拌摩擦焊對(duì)設(shè)備和工件裝夾有很高的要求，焊接載荷大，焊接速度較慢，攪拌頭磨損較嚴(yán)重。”武傳松說。

經(jīng)過長時(shí)間摸索，武傳松找到了一條與眾不同的路子——他將“超聲能場”施加在攪拌頭前方的待焊工件上，超聲振動(dòng)與攪拌頭附近的塑性變形材料相互耦合，產(chǎn)生了神奇效果。這“神來之筆”產(chǎn)生了意想不到的效果——一項(xiàng)國際首創(chuàng)技術(shù)“超聲振動(dòng)強(qiáng)化攪拌摩擦焊”就此誕生。但武傳松并未止步，他進(jìn)而揭示出上述技術(shù)的工藝機(jī)理，并建立數(shù)理模型，用經(jīng)得起考驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)、適合的原理解釋這一技術(shù)的“高明之處”。

焊接，一種古老的技藝；焊接，一門現(xiàn)代的科學(xué)。武傳松說，從幾十萬噸的航母到不足1克的微電子元件，幾乎所有的產(chǎn)品都離不開焊接技術(shù)。我們所熟知的國家大劇院，焊接鋼結(jié)構(gòu)總重6700噸，焊縫總長36公里；國家體育場“鳥巢”用鋼約5.3萬噸，涉及六個(gè)鋼種，屬全鋼焊接結(jié)構(gòu)。

這其中挑戰(zhàn)在于：結(jié)構(gòu)不同，材料不同，焊接工藝千差萬別；即使結(jié)構(gòu)、材料相同，焊接次序不同也會(huì)影響焊接質(zhì)量。而武傳松的任務(wù)就是揭示各類焊接工藝背后的復(fù)雜物理機(jī)制，然后用通用的科學(xué)語言去詮釋。于是，在武傳松努力下，“熔化極氣體保護(hù)焊熔池模型”“等離子弧焊接熔池與小孔模型”“激光+熔化極電弧復(fù)合焊接過程模型”“攪拌摩擦焊接產(chǎn)熱與傳熱模型”等代表行業(yè)技術(shù)最前沿的新模型陸續(xù)問世。

在武傳松身上有著兩對(duì)矛盾：他外表儒雅，卻與“粗老笨重”的焊接較上了勁；性情溫和，卻喜歡探索焊接科技“無人區(qū)”。1986年，武傳松偶然看到了麻省理工學(xué)院學(xué)者的一篇文章，他深受震撼了?！拔恼卵芯總鹘y(tǒng)的鎢極氬弧焊，卻采用全新的計(jì)算機(jī)建模方法?！笔艽藛l(fā)，他決定采用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)軍工藝過程更復(fù)雜但應(yīng)用更廣的熔化極氣體保護(hù)焊領(lǐng)域。這在國際上沒有先例，過程很艱難。焊接工藝背后的物理機(jī)制涉及到物理、化學(xué)、冶金、傳熱傳質(zhì)學(xué)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等多學(xué)科。這不僅需要投入大量的時(shí)間，還需要驚人的努力。于是，“886”成了武傳松的“作息”：一周最少工作6天，每天早上8點(diǎn)半到下午5點(diǎn)半，加上晚上3小時(shí)。

數(shù)年之功，一日終成。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“超聲振動(dòng)強(qiáng)化攪拌摩擦焊”新工藝設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)了彎道超車，以最快速度進(jìn)入該領(lǐng)域的國際最前沿。2016年他獲得了英國、美國相關(guān)學(xué)會(huì)頒發(fā)的兩項(xiàng)國際學(xué)術(shù)大獎(jiǎng)。手握多項(xiàng)省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，擔(dān)任德國柏林工業(yè)大學(xué)、美國肯塔基大學(xué)等五所國外高校院所的客座教授，但他卻更在乎新中國現(xiàn)代焊接理論創(chuàng)始人、中科院院士潘際鑾教授的評(píng)價(jià)：“武傳松教授在電弧物理、熔滴過渡、熔池行為的數(shù)值分析領(lǐng)域取得了一系列創(chuàng)造性成果，得到國內(nèi)外專家的廣泛認(rèn)可?！?/p>