水電機組研發(fā)一線，有無數(shù)東方人奮斗的身影。在特定型材的工件上鐵臂“繡花”，談何容易？十年磨礪，他從初出茅廬的小伙子，成為一位擅長“鐵臂繡花”的焊接工藝高級工程師，并獲得四川省創(chuàng)新方法大賽二等獎、東方電氣集團優(yōu)秀共產(chǎn)黨員等榮譽。
不能做“減法”，能否做“加法”？
2014年8月，剛從天津大學研究生畢業(yè)的金寶正式入職東方電機。剛?cè)肼毜男』镒?，就面臨著不小的難題：實現(xiàn)高水頭大容量沖擊式水電機組轉(zhuǎn)輪鍛件一次成型。在那時，這也是全世界都面臨的難題。
長期以來，我國沖擊式水電機組自主研制水平薄弱，關鍵核心技術(shù)一直依賴于國外進口，關鍵部件、核心技術(shù)長期受制于人，研發(fā)適合高水頭、大容量、高海拔、大落差的沖擊式水電機組更是難上加難。
作為沖擊式水電機組的“心臟”，轉(zhuǎn)輪是研發(fā)難度最大、制造難題最多的部件，也是我國沖擊式水電機組研制難以突破的關鍵。從產(chǎn)品性能來講，轉(zhuǎn)輪整體鍛造后，會通過數(shù)控機床“減材”去除多余的金屬，實現(xiàn)最優(yōu)性能。但隨著鍛件尺寸不斷增加，鍛造難度則會大幅增加。
當時的金寶不禁思考：既然不能做“減法”，那能否做“加法”呢？
在金寶看來，機器人焊接增材制造，或許是實現(xiàn)轉(zhuǎn)輪鍛件一次成型的最優(yōu)解。
逆向思維給金寶帶來了全新思路，但高端定制化產(chǎn)品增材制造，是在特定型材的工件上“鐵臂繡花”，談何容易？金寶明白，由“減材”到“增材”，沒有想象中簡單：專業(yè)軟件開發(fā)成本高，加上未完全掌握定制化產(chǎn)品增材制造技術(shù)，只能邊摸索邊開發(fā)。
說干就干，金寶一頭扎進了工藝研究。
從零開始，為沖擊式水電站裝上中國“心”
為了實現(xiàn)“鐵臂繡花”，僅有計算機二級考試“C語言”基礎的金寶開始自學編程軟件。自學期間，向數(shù)控編程科班人員請教學習、反復查找資料、不斷試驗驗證，成了金寶的常態(tài)。
“金寶是我們這兒的?？?，我們看到他敲門都害怕。”回憶金寶鉆研編程技術(shù)初期的狀態(tài)，數(shù)控編程專業(yè)的同事忍不住笑。
那段時間，東方電機的焊接試驗室里，設備呲呲作響，焊絲用了一盤又一盤，塑料盤堆成了小山；報告寫了一份又一份，摞滿了金寶的工位。
經(jīng)過300多天刻苦鉆研、反復試驗分析，2015年，金寶終于掌握了機器人增材制造的基本方法，開發(fā)了適合沖擊式水電機組轉(zhuǎn)輪增材制造的軟件程序，讓機器臂可以按照既定軌跡施焊，實現(xiàn)了“鐵臂繡花”的諾言。
在轉(zhuǎn)輪的工藝制造上，采用機器人電弧增材制造（3D打?。┘夹g(shù)，“打印”完成后，大圓環(huán)就會“長”出一片片水斗型“花瓣”，這道程序就是所謂的“鐵臂繡花”。“鐵臂繡花”不僅降低了鍛件制造難度，提高了材料利用率，還可以讓轉(zhuǎn)輪應對極端情況。
“鐵臂繡花”的實現(xiàn)路徑搞清楚了，金寶開始利用試驗室的機器人和焊機搭建了簡易的沖擊式水電機組增材制造硬件平臺，開啟了新一輪的驗證與優(yōu)化。
金寶的一小步，是沖擊式水電機組國產(chǎn)化的一大步，既開創(chuàng)了行業(yè)先例，也填補了我國沖擊式水電機組研制的技術(shù)空白，讓中國的沖擊式水電站裝上了中國“心”。
當然，自主創(chuàng)新，從來不是一蹴而就的事，每一步都是摸著石頭過河。
“燒腦”又“費力”，還想干更高水頭、更大容量的沖擊式水電機組
要真正實現(xiàn)“鐵臂繡花”，必須解決“控型”和“控性”兩大難題，“控型”就是讓焊接機器人按照預定的型線作業(yè)，“控性”則是要確保增材制造的性能和質(zhì)量達到要求。
對金寶來說，此前的研究只能說明，“控型”難關攻克了。如何解決“控性”難題？是他面臨的又一難題。
常規(guī)水電機組轉(zhuǎn)輪抗沖擊韌性要求為47焦耳，轉(zhuǎn)輪原材料和焊材本身抗沖擊韌性只能達到60焦耳，沖擊式水電機組轉(zhuǎn)輪抗沖擊韌性則需要達到90焦耳。這意味著轉(zhuǎn)輪已經(jīng)突破常規(guī)金屬材料抗沖擊韌性的極限，必須以工藝創(chuàng)新改變焊接材料性能，打破材料自身限制。
更高的水頭、更大的沖擊對轉(zhuǎn)輪的研發(fā)設計、材料應用、工藝制造有了更高要求。為了能夠滿足高水頭沖擊式水電機組轉(zhuǎn)輪抗沖擊韌性，金寶通過“控制變量法”，對影響焊接性能的電流、電壓、焊絲進絲速度、焊接層間溫度、焊槍速度、焊件預熱升溫時間、焊件保溫溫度、焊后保溫時間等參數(shù)，逐項開展試驗研究。
要從無數(shù)種組合中選出一組最優(yōu)參數(shù)，無疑是一個“燒腦”又“費力”的過程。
“那段時間是最痛苦的，每一次試驗都很揪心，增材制造研究從腦力活變成了巨大的體力活?！倍嗄旰螅俅握勂疬@段經(jīng)歷，金寶還是記憶猶新。
一次次溝通協(xié)調(diào)、一次次嘗試調(diào)整、一次次失敗又重來，經(jīng)過7個多月的反復試驗，金寶終于得到了最理想的一組參數(shù)。同時，他還發(fā)現(xiàn)，抗沖擊韌性與增材焊接時的含氧量有很大關系：作業(yè)空間含氧量越高，焊接后的材料抗沖擊韌性越差。
為了控制作業(yè)空間含氧量，金寶自己動手給機器人焊槍上安裝了一個圓型罩子，在焊接時通入95%的氬氣，隔絕空氣的同時大幅降低了焊接區(qū)域的焊氧量，這一工裝創(chuàng)新也斬獲了國家實用新型專利。
通過參數(shù)試驗和工裝創(chuàng)新，金寶徹底解決了沖擊式水電機組轉(zhuǎn)輪抗沖擊韌性難題。
當問及解決這一難題的秘訣，金寶的回答是：“學科前沿沒有捷徑，最‘笨’的方法往往是最有效的。從實踐中得到理論，再用理論指導實踐，循環(huán)反復地驗證就能找到答案。”
現(xiàn)在，在東方電機機器人焊接增材制造場地，常常能看到金寶操作機器臂的身影，他正在為自己“在水電新高峰留下足跡”的夢想，參與更高水頭、更大容量的沖擊式水電機組技術(shù)研發(fā)。
2023年12月19日，全球單機容量最大功率500兆瓦沖擊式水電機組轉(zhuǎn)輪在東方電機開焊。金寶和團隊也踏上了沖擊水電高峰的又一新征程。
