电光火花四溅，充满工业气息的氛围，这是许多人对焊接的第一印象。尽管焊接已成为日常生活中最常见的技术之一，但在航空航天、高铁、大型舰船等领域上，仍有诸多焊接难题待解决。北京工业大学机械与能源工程学院教授蒋凡已经在这一领域研究了十余年，凭借对技术的执着追求和不懈探索，向高精度控形、低损伤控性的焊接质量需求不断迈进。
打怪升级，解决焊接领域难题
电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，通过放电形成高能量的电弧热源，从而满足不同金属对焊接的热力需求，是区分于古代焊接和近现代焊接的标志性技术。早在20世纪初，电弧焊技术就已经应用于工业生产中。但随着我国航天事业的发展，对航天器的焊接精度和焊缝质量要求的进一步提高，常规的电弧焊技术难以实现。
“我曾经参与过一个航天器的焊接，是长达12米的焊缝，一次焊接需要10个小时，且焊缝不能检测出气孔，焊后轮廓度每米只能有不超过0.5毫米的误差，然而工业生产中常见的焊接工艺在完成1米焊缝的时候往往会产生5-6厘米的变形，相差约100倍。”蒋凡说道。
变极性等离子弧焊作为电弧焊的进阶技术，满足了航天器对焊缝的高要求，然而这项技术最初却不对中国开放。“上世纪70年代，国外成功在航天器中应用后，我们曾进口过一台设备，但对方却不提供参数，也不提供任何的技术支持。”蒋凡表示，他的导师陈树君及殷树言老先生从20世纪90年代开始钻研这项技术，直到2008年才终于成功攻破电源系统。也正是这一年，他加入团队，在前辈的基础上，继续在电弧输出控制领域前行。
“我的硕士和博士方向都是做这个方向，印象最深的是2010年时，整整一年我每天在北京卫星制造厂调试焊接工艺，每天坐最早一班地铁去，最晚一班地铁回，最快的时候一个月瘦了20斤。”蒋凡回忆。
要实现从0到1的突破从来都不是一条平坦大道，技术的突破只是其中一个环节，从实验室真正地走向应用是另一条难以跨越的“死亡谷”。对于学生时代的蒋凡来说，也是他要解决的难题。“可能我们做100次实验成功几次，就可以说突破了某项技术。但在生产中，要无限接近百分百的成功才行。特别是航天器的每个舱体结构都不同，难以批量生产，对不同构件都要单独设计焊接参数。”
功夫不负有心人，2013年，变极性等离子弧焊全套技术得以突破，目前，这项技术已经成功应用于神舟系列飞船等多个航天项目中，为航天事业的发展作出重要贡献。
变极性等离子弧环缝焊接系统焊接天宫一号现场
展望未来，持续推动技术创新
“1991年我国进口一台变极性等离子弧焊设备花费了1200万元，随着我们电源技术的突破，外方报价直接降到了600万元，当我们全套技术得以落地交付后，成本降低至300万元，而后通过不断地迭代调整，目前我们一套设备的价格在120万-150万元之间。”蒋凡表示，不仅如此，在使用这项技术之前，生产一个产品仅焊接这道工序就需6-7个月，使用这项技术后，可以压缩至一个月内，生产效率提升6倍左右。
2015年，这项技术获得国家科技进步二等奖；2018年，我国自主研发的变极性等离子弧焊这项技术与国外同行同台竞争，尽管技术路线完全不同，但却达到了同样的效果；2023年，中国焊接协会认为，我国在等离子弧焊接工艺装备的研发上实现了从跟跑、并跑到领跑的跨越式发展。
尽管已经取得了诸多成就，但蒋凡并没有停下脚步，他深知，在科技日新月异的今天，只有不断创新和进步，才能保持领先地位。
“现在各种装备越来越大，对焊接质量的要求越来越复杂，怎么在不改变设计方案的情况下完成焊接，并解决制造难题是我们要进一步突破的目标。”在蒋凡看来，技术的发展永无止境，从之前摸着石头过河到如今走到了技术尖端，更需要自我发现问题，想明白未来的技术发展方向，带领行业进入新的阶段。
谈及青年科技工作者的使命与担当，蒋凡认为，只要国家和行业有需要，就要投入120%的努力去完成任务，难题正因为不好解决，才更需要科研人员投身其中，促进科技的发展。
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