智能化焊接技術正應用于世界單機容量最大500兆瓦沖擊式轉輪中心體鍛件增材制造。東方電機供圖

近日，記者在位于四川省德陽市的東方電氣集團東方電機有限公司數字化車間看到，由企業自主研制的世界單機容量最大500兆瓦沖擊式水電機組轉輪正在進行機器人焊接。只見機械臂左右飛舞，伴隨著一朵朵絢麗的火花綻放，細小的“指尖”在巨型鋼材上精確“點繡”出毫米級的紋路。

轉輪，形似古時候的水車，是水電機組的核心部件，被譽為水電機組的“心臟”。沖擊式水電機組轉輪要將高速射流的能量轉化為機械能，其受到的載荷具有更明顯的沖擊特性，在高速旋轉中需要承受高頻次的交變應力作用。因此，其設計和制造需要考慮水力性能、結構特性與材料性能、磨蝕防護等多項因素。

機械臂在中心體鍛件上飛舞。東方電機供圖

“我們這次研制的轉輪將用于目前世界在建綜合難度最大的沖擊式水電項目扎拉水電站。這個電站具有高水頭、大容量、高海拔的特點。”東方電機焊接工藝高級工程師金寶比喻，這里的水流對轉輪水斗的沖擊力相當于7.5噸重的貨車以百公里時速撞擊產生的能量，“關鍵是，轉輪上每個水斗需要經受住150億次這樣的沖擊。”

馴服“野獸”，當然需要“重器”。當見到直徑6.2米、整體重量達到90噸的轉輪時，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%以上都采用了數字化、智能化手段。”金寶說。

細小的“指尖”在鋼材上精確“點繡”出紋路。東方電機供圖

轉輪主要分為中心體鍛件和水斗。以往較小的轉輪，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500兆瓦的世界級巨物，目前尚無如此大體積的原材料進行整體化加工。“將中心體鍛件和水斗分開制造再焊接，是目前唯一的解決方案。”金寶表示，中心體鍛件接上水斗，好比使花蕊長出花瓣，“但作為直接承受沖擊力的水斗如果連接不好，結果不敢想象。”

“我們在行業內首次將‘機器人激光+電弧復合增材制造技術’應用于大型沖擊式轉輪。”金寶介紹，這相當于用“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”出一片片“大花瓣”。“我們把這個操作叫做‘鐵臂繡花’”。

“機器人激光+電弧復合增材制造技術”在中心體鍛件上“繡”出“小花瓣”。東方電機供圖

“這項技術高度適用于復雜型面結構部件定制化制造，實現‘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量。”金寶說，此次的轉輪通過“3D打印”的制造量就有6.2噸。

大小“花瓣”如何精確焊接？這又是一個難題！

為此，東方電機創新開發并在行業內首次應用了沖擊式轉輪外部水斗機器人焊接技術。“由于各‘花瓣’間距離很小，機器人無法在‘花瓣’間自由穿梭。這就需要精確控制機器人的行走路徑，確保每步焊出完美的焊縫。”金寶說，結合數字化、智能化，通過虛擬化模擬技術，他們設計了機器人的行走軌跡，經過多次試驗驗證，論證和開發了這項技術，實現焊縫性能、焊接質量及過程穩定性的大幅提升。

“相比人工焊接，機器人通過嚴格執行預定的焊接參數，可以焊接出完美的焊縫，大幅降低了高質量焊接對高技能水平焊工的依賴。”東方電機數字化與智能制造技術部副部長潘少民表示，此次創新為后續高水頭大容量沖擊式水電機組轉輪規模化生產提供了技術基礎。

世界單機容量最大500兆瓦沖擊式轉輪完成機器人焊接。人民網記者 王波攝

截至記者發稿前，轉輪已完成機器人焊接，焊后一次探傷合格率超過99%，預計將于2026年初下線。

據了解，1925年，中國人自行設計施工的第一座水電站在四川建成發電。四川水電，已歷經百年。如今，四川正持續抓好制造業“智改數轉”和大規模設備更新，開展工業節能降碳行動。水電產業的含新量、含智量不斷增加，推動水電技術不斷突破，從而為相關產業提升含綠量提供源源不斷的動力。（薛育建、李平、王波）

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