陳樹(shù)君教授,男,1971年生,1990年考入哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接工藝及設備專(zhuān)業(yè)攻讀學(xué)士、碩士和博士學(xué)位,1999年進(jìn)入北京工業(yè)大學(xué)機械設計及理論博士后流動(dòng)站從事博士后研究工作,2001年留校任教并評定副教授職稱(chēng),2006年評定教授職稱(chēng),2010年獲博導資格。
北京日報2012年06月22日報道:
“感覺(jué)良好!”18日17時(shí)07分,視頻上傳來(lái)航天員景海鵬從神舟九號飛船順利進(jìn)入天宮一號的畫(huà)面和聲音。守在電視機前的北京工業(yè)大學(xué)教授陳樹(shù)君心中,一顆懸了兩年的石頭終于落了地。
如此關(guān)注“天神之吻”,不為別的,因為薄如蟬翼的天宮“外衣”是陳樹(shù)君帶領(lǐng)科研團隊親手焊上去的。
作為我國首個(gè)進(jìn)入太空的目標飛行器,天宮一號身長(cháng)超過(guò)10米,寬度超過(guò)3米。太空環(huán)境十分復雜,晝夜溫差極大,要保障航天員安全,必須保證天宮一號的密封性和可靠性,對焊接工藝提出了極高要求。
“身材龐大的天宮一號,鋁合金外殼其實(shí)很薄,僅有2毫米。”陳樹(shù)君說(shuō),如此之薄的巨大“布料”還不能擺在平地或平臺上焊,而要采用變極性等離子弧(VPPA)技術(shù),垂直立向焊接成嚴絲合縫的圓筒形,才能成為天宮的“外衣”。
VPPA 焊接技術(shù),用先凝固的焊縫“托住”熔池,等離子射流直接穿透被焊工件,形成一個(gè)貫穿工件厚度方向的小孔。隨著(zhù)小孔垂直上移,熔融金屬沿孔壁向下流淌形成焊縫。鋁合金材料無(wú)需背面保護,即可實(shí)現單面一次焊雙面良好成形。這種工藝焊縫氣孔率極低、密封性好、精度高,是太空設備首選的焊接方式。
然而,這樣高精度的焊接,國內此前鮮有嘗試。也曾考慮過(guò)引進(jìn)設備。但是,掌握設備的外國單位對中國航天開(kāi)出了3000萬(wàn)元的“天價(jià)”。
“搞VPPA焊接設備,最初就是為了壓低進(jìn)口設備的報價(jià)。”陳樹(shù)君坦言。但是項目上馬之初,外國人并不相信中國人能攻破這項技術(shù)。
北京工業(yè)大學(xué)焊接學(xué)術(shù)團隊瞄準這項國際先進(jìn)技術(shù)開(kāi)始攻關(guān)。
首先是電源技術(shù)。焊接天宮一號,先進(jìn)行縱向焊接,再環(huán)狀焊接,每道電焊起弧1個(gè)半小時(shí),電源必須絕對穩定,確保電弧不出現任何波動(dòng)。否則,天宮一號的“外衣”就會(huì )留下一道突起的“刀疤”,影響安全。
資料室、實(shí)驗室、生產(chǎn)車(chē)間,陳樹(shù)君和團隊成員不知放棄了多少個(gè)休息日,終于發(fā)現了保持電源穩定的關(guān)鍵因素。
解決了電源難題,科研人員并沒(méi)有感到輕松。天宮一號“穿衣”,先要進(jìn)行縱向焊接,再進(jìn)行環(huán)狀焊接,每道電焊起弧90分鐘,必須建立寬泛的穩定工藝區間,實(shí)現首尾完美搭接。
難題一個(gè)個(gè)擺上桌面,又被科研人員一個(gè)個(gè)“拿下”,國產(chǎn)高精度變極性等離子弧焊機研制成功。
“我們在電源技術(shù)上剛有所突破,外方焊接設備的報價(jià)就從3000萬(wàn)元降到了1200萬(wàn)元。國產(chǎn)整機一問(wèn)世,國外產(chǎn)品報價(jià)馬上降到600萬(wàn)元。”陳樹(shù)君說(shuō),通過(guò)有關(guān)部門(mén)的檢測,自主研發(fā)的國產(chǎn)焊機最終替代了進(jìn)口產(chǎn)品,成為為天宮一號“穿衣”的“裁縫”。
2009年底,國產(chǎn)VPPA環(huán)縫焊接收弧填孔問(wèn)題完美解決,天宮一號正樣一次焊接成功。對天宮一號焊縫進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏,漏率小于10的負8次方,達到國際先進(jìn)標準,可以確保天宮一號在軌安全運行8年。
另?yè)埦W(wǎng)2012-06-21報道:
天宮一號目標飛行器主體結構焊接技術(shù)負責人、北京工業(yè)大學(xué)教授陳樹(shù)君透露,我國自主研發(fā)的變極性等離子?。╒PPA)穿孔立焊技術(shù)能確保天宮一號外殼在太空中使用8年。
“天宮一號飛行器順利經(jīng)受住了太空環(huán)境的考驗,從目前表現看,天宮一號外殼使用8年沒(méi)有問(wèn)題,可遠遠超出兩年使用壽命的預期。”陳樹(shù)君介紹說(shuō),作為我國首個(gè)進(jìn)入太空的目標飛行器,天宮一號體積龐大,加上太空環(huán)境復雜,晝夜溫差極大,對焊接工藝提出了極高要求。
陳樹(shù)君說(shuō),北京工業(yè)大學(xué)焊接學(xué)術(shù)團隊在焊接天宮一號時(shí)先進(jìn)行縱向焊接,再環(huán)狀焊接,焊縫總長(cháng)約100米,每道焊縫電焊起弧1個(gè)半小時(shí),電源必須確保電弧不出現任何波動(dòng)。最終完工時(shí),天宮一號進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏,漏率小于10的負8次方,確保了這間“大房子”外殼必須嚴絲合縫。
據記者了解,焊接天宮一號采用的這項“VPPA穿孔立焊技術(shù)”是北京工業(yè)大學(xué)焊接學(xué)術(shù)團隊自主研發(fā)的。這項技術(shù)綜合了“變極性焊接”、“等離子弧焊接”和“穿孔焊接”的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)為解決液相鋁合金粘性小,熔池不易保持的問(wèn)題,采用垂直立向上施焊方式,用先凝固的焊縫“托住”熔池。這樣,等離子射流直接穿透被焊工件,形成一個(gè)貫穿工件厚度方向的小孔。
“隨著(zhù)小孔的垂直向上移動(dòng),熔融金屬沿孔壁向下流淌形成焊縫。”據陳樹(shù)君解釋?zhuān)械群穸鹊匿X合金在不開(kāi)坡口、不需背面強制成形保護條件下,可以實(shí)現單面一次焊雙面良好成形。鋁合金的VPPA穿孔立焊工藝使熔融金屬向下流淌過(guò)程擴大了熔池液相金屬表面積大幅增加了氣泡的溢出機會(huì ),焊縫氣孔率極低,被稱(chēng)為“無(wú)缺陷焊接工藝”。
陳樹(shù)君表示,“變極性等離子弧(VPPA)穿孔立焊工藝及裝備”在“天宮一號”上面的成功應用,標志著(zhù)我國成為繼美國之后第二個(gè)掌握該項技術(shù)的國家。