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中国工程院院士关桥

发布时间 : 2020-01-01 05:44    点击量:

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关桥获得IIW Fellow Award奖。

年轻时的关桥。

1984年,关桥和研究生郭德伦、曹阳讨论焊接热应变云纹测试技术实验方案。

莫斯科包曼高等工学院。

北京俄文专修学校。

2000年意大利佛罗伦萨获得奖。

关桥院士发明的低应力无变形焊接方法及其装置。

1996年关桥和研究生张崇显讨论采用热源热沉局域热拉伸效应实现低应力无变形焊接。

2017年6月25日,被称为焊接界奥林匹克盛会的国际焊接学会第70届年会在上海国际会议中心召开。开幕式上,一位精神矍铄的白发老者走上讲台,接受了一份珍贵的礼物IIW |Fellow |Award奖。IIW |Fellow |Award奖是专门授予那些在焊接科学与技术领域做出卓越贡献的IIW成员,获奖者其杰出的工作业绩与技术影响力需在推动焊接科学技术的发展与应用,提升焊接学科地位与促进可持续发展中做出重要贡献。获此殊荣的老者就是中国工程院院士关桥,他来自航空工业制造院,是目前为止中国专家获此奖项的第一人。由青丝变白发,此时距离关桥第一次参加国际焊接学会已过去了53年。

IIW是世界焊接界最高的国际学术组织,为各成员国的学者和专家们提供交流和切磋的平台,具有广泛的代表性和权威性。53年,不仅记录着关桥本人在焊接领域的每一次进步,也是中国航空焊接迈上世界舞台的一段历史。关桥记得第一次参加国际焊接学会年会,聆听一名专家的报告时,他在心里想:中国航空工业焊接技术太落后了,我们究竟需要什么样的焊接技术呢?需要什么样的焊接技术呢?53年后的今天,关桥不必再为这个初始化的问题而苦恼,他的心中已有一张更宏伟的焊接蓝图。

80多岁的他,经历了很多,也收获了很多。其实IIW |Fellow |Award奖,是关桥在国际焊接学会收获的第二个奖项。早在2000年,在意大利佛罗伦萨举行的国际焊接学会第53届年会上,关桥即被授予IIW |终身成就奖奖。

享受政府特殊津贴航空金奖光华科技基金奖一等奖何梁何利基金技术科学奖国际焊接学会终身成就奖奖日本焊接学会荣誉会员 |英国焊接研究所BROOKER奖章中国焊接学会中国焊接终身成就奖乌克兰三级功勋勋章关桥简介中一串长长的获奖列表,让世界看到了中国焊接科技水平的提升,是他把中国与世界焊接在一起。

荣誉光环的背后,到底有着怎样的故事和曲折。请随我们的采访走进关桥的焊接世界。

祖国的需要就是我的志愿

7月7日,经历一场夜雨的北京,有着舒适宜人的凉爽。我们对关桥院士的采访定在北苑二号院。1995年3月21日,低应力无变形焊接技术曾在这里通过了中国航空工业总公司组织的国家发明奖预审。说好的九点半,他准时到达。守时是他,也是老一代科学家保有的美德。

时光追溯到1952年,关桥高考分数很高却迟迟没收到大学录取通知书,后来,一纸到北京俄文专修学校的报到通知却意外到来。关桥在留苏预备部学习一年后,于次年8月与公派留苏的同学一起乘国际专列离开了祖国,奔向苏联。宣布我的专业时,火车正好跨过满洲里。他清楚地记得那个时刻。与今天高考报志愿不同,在那段特殊的历史时期,直到火车跨越了国境线,关桥才知道自己要学的专业是焊接。当时让我学这个专业,无法理解啊。这个印象中焊洋铁壶、搪瓷盆的活计让年轻的关桥陷入了迷茫。虽然对未来的专业一点都不了解,但回顾在北京俄文专修学校的经历,他知道国家为了培养人才所付出的努力从学习到生活对留苏学生关爱有至,他也感到自己肩上沉甸甸的责任。我向党保证,一定按照周总理所指示的来锻炼自己,像党、政府和人民所期望的那样要满载而归!这是关桥在《赴苏联学习保证书》中所写的一句话。像关桥这样成长在百废待兴时代的中国学生,深深地知道祖国对科技人才的渴望和需求。服从国家的分配。关桥坚定地说。火车一路向前,载着年轻人的梦想,直奔莫斯科。

到了莫斯科包曼高等工学院以后,才慢慢地了解到焊接是一门很深的学问。关桥说。20世纪50年代初,焊接技术是工业发展初期的必要技术手段。乌克兰的巴顿焊接研究所,在二战时发明了埋弧自动焊接工艺,为苏联在卫国战争中制造坦克发挥了重要作用;战后随着各国经济建设的展开,钢铁产量的迅猛增长与钢结构的广泛应用,对焊接专业学科的兴起提供了充分条件。了解了焊接专业能为国家、为国防做贡献,关桥的学习有了动力。

莫斯科包曼高等工学院已有180多年的历史。苏联时期,该校曾获得劳动红旗勋章、列宁勋章、十月革命勋章。这所著名学府曾造就苏俄数代科技精英,苏联航空巨擎图波列夫、航天之父柯罗略夫、数学家车彼谢夫、力学家茹科夫斯基都是这所学校的毕业生。临出国前,周恩来总理在中南海接见留学生时说:你们每个人出去学习,要花费在国内培养2个大学生的钱,因此你们一定要好好学习,争取考5分。关桥牢记周总理的话,真正做到了门门功课5分。

从对所学专业的迷茫,到攻克语言关、适应异国他乡的生活;从起初上课跟不上俄文老师的语速、抄同学笔记到考试全优,他喜欢上了焊接这个后来让他为之奋斗一生的专业。1959年初,关桥从莫斯科包曼高等工学院毕业回国,分配到一机部所属的第九研究所,即今天的中国航空制造技术研究院工作,一干就是一辈子。该研究所是我国一五期间由苏联援建的156个企业和科研机构之一,成立于1957年7月1日,1958年建立了热加工研究室,下设焊接、铸造、锻造、热处理、表面处理共五个专业组。

1959年秋天,关桥在625所参加工作不到一年,就受教育部的派遣,前往苏联攻读学位。当时的情况是,随着中国工业的迅猛发展,国家预见到了培养未来高水平科技人才的重要性。从50年代后期陆续派出研究生或进修教师进入苏联的研究机构和高等院校学习。对此,苏联建议优先接纳在苏联高等学府学习过的中国大学毕业生攻读研究生。在这样的历史背景下,时任莫斯科包曼高等工学院科研副校长的格阿尼古拉耶夫院士以关桥在包曼高等工学院大学本科学习是成绩全优为条件,提名关桥作为研究生培养对象,并表示愿意继续指导关桥攻读焊接结构学。中国政府接受了他的提议。

本科没有专业方向的问题在研究生时解决了,这个阶段让我提升很快。关桥说,这段经历对自己的人生影响深远。现在回头想来,如果没有研究生的学习,回国后可能不会有更大的作为。

专业选择上,关桥认真梳理了国内航空工业制造的实际需求,针对薄板、薄壁结构的焊接变形严重问题,再根据当时的苏联航空航天制造工业刚开始采用的新材料和新结构的关键技术,他选择了在国际上刚刚兴起的焊接力学作为研究生的主攻方向,开展了钛合金焊接结构应力与变形控制的课题研究。这为关桥回国后能从事航空特种焊接技术和焊接力学研究工作打下了坚实的学术基础,也让所学知识有了用武之地。

1963年,研究生毕业的关桥回到了625所,有人曾猜测他回国后不会再,625所了。我肯定是回625所,因为我的学位论文就是冲着625所的研究方向而写的。关桥肯定地说,我决不会离开培育自己的625所,我是在625所成长起来的工程师。他在多个场合提到与制造院的情缘,这是他从事理论研究与科学实践的土壤,他扎根这里,在多年的科学研究中培育出了门类齐全的航空特种焊接的参天大树。

1964年,通过参加国际焊接学会的年会,接收国际先进技术的信息,让他开阔了思路,得以站在世界先进技术前沿去思考,并确定开展熔化极脉冲氩弧焊的课题研究。回国后,针对发动机薄壁机匣焊接变形问题的研究随即展开,制造院的焊接技术站在了国际领先的位置。这型发动机对我们来说,好比是一只虎,但我们是初生牛犊不怕虎。我们那时还根本不知道什么是虎。关桥十分怀念那段焊接攻关的日子,这项研究,对中国航空工业产生的影响是,借鉴别人的新思路,结合我们的新发展,应用到我国航空新机型号里,满足了新机型号研制的特殊要求。多年后,他评价这项研究成果时这样说。然而,随着文革的到来,研究工作时断时续。

无论环境如何变化,深存在关桥心中的那个中国焊接的美好世界从来没有改变。文革期间、五七干校,他都没有放弃任何机会思考焊接技术的发展。1970年,708工程发动机研制攻关,关桥和他的团队设计研制的钨极脉冲氩弧焊设备和薄壁机匣的悬空焊接工艺,控制了结构的焊接变形,解决了材料焊接裂纹问题。该项目成果的成功应用,取得了较好的技术经济效益,几年后,这一项目荣获全国科学大会奖,成绩让他对未来充满信心。

薄壁构件低应力无变形焊接法的产生

20世纪70年代的钣金工,一定有这样的工作经历。为了校正焊后变形,用木榔头敲打,劳动强度很大。有的焊接件,人工校正变形要10多个小时,而平均每天都有一两件因校正不当而报废,有的焊接件价值上万元。在其他航空兄弟单位出差的关桥发现,每当钣金工师傅们用榔头砸敲已经变形的焊接薄板时,金属薄壁壳体构件发出的轰鸣声,使长期从事矫形的工人和高级技师们耳聋失聪。这些画面触动了关桥必须彻底改变落后的生产现状,把工人们从沉重、简单的劳动中解放出来,不能让工人师傅的听力再受到伤害。

在航空航天飞行器上,为减重大量采用薄壁结构,以提高有效载荷系数。在薄壁焊接结构件上,焊接残余应力和变形的直观表现形态多为构件的失稳翘曲变形。这是在制造航空航天重要承力薄壁焊接构件时,造成产品质量不稳定、结构几何形状偏离设计技术要求的主要问题,并直接危及飞行器结构的安全和可靠性。

基于在求学和生产实践时对专业学科的思考与积淀,薄壁构件低应力无变形焊接法的研究就这样展开了,他要把焊接力学研究和解决工程实际问题相结合,这是一个探索性很强的基础研究项目,也是当时焊接界的一道难关。

关桥采用高温云纹图像观察焊接电弧周围的金属动态变形,产生了在焊接过程直接控制变形的方案思考。1982年,他把研究生郭德伦的研究方向定位为:预置温度场控制焊接应力与变形。这是在低应力无变形焊接技术的探索性试验研究中,进一步深入认识和提升水平的新起点。

科学道路上从来不会是坦途,更何况这次研究比最初的预想又有所提升。新起点,也是巨大的挑战。现在大家看到的低应力无变形是一个结果,实际上不知失败了多少次。关桥回忆起多次试验失败的挫折,坦言也有失去信心的时候。转折发生在一次试验中,他发现了解决问题的关键在焊接过程中再加一个支点,能够彻底解决变形问题,试验成功了!

之后,低应力无变形焊接法被应用在航空涡喷系列发动机的研制和航天运载火箭的生产,解决了新型号研制中的关键技术难题;关桥也成为世界上建立了低应力无变形焊接理论的第一人。这项课题,在世界焊接发展史上具有开拓性意义。

走向国际舞台,让中国也能展示自己的成就,提升中国的学术地位,显示国家的焊接实力,是我的方向。采访中,关桥说从1964年开始参加国际焊接学年会,除去发表文章外,感觉自己应该在国际舞台上发挥更大的作用。后来他加入了国际焊接学会里的第10专业委员会焊接结构和焊接应力变形委员会。随着低应力无变形焊接技术的成功,实现了让中国焊接跻身世界行列的梦想。低应力无变形我们搞了10年的试验,工艺是一张纸,但参数背后是无数次的失败。关桥说,从一开始,选题就是来自生产实践中的难题,是前人没能解决的难题,又是航空航天工业中亟待解决的难题。面对量大、面广的棘手难题,作为科技工作者的职业责任感驱使课题必须有所创新、突破。在发明了低应力无变形焊接后,对新科技前沿发展敏锐的关桥,又指导了超塑成形/扩散连接技术的研究。1986年,制造院在特种焊接技术研究室建立了第16实验室,专门从事超塑成形/扩散连接技术的基础研究和工程应用,歼8飞机的钛合金构件制造,就采用了此项技术。

进入21世纪,在国内的其他飞行器制造领域,钛合金结构的扩大应用,如航天、导弹等结构的设计制造,也纷纷跟进,制造院的超塑成形/扩散连接扩大应用的市场前景一片光明。但关桥是冷静的,他知道中国与世界焊接科技水平还有很大差距,必须要继续追赶,不能盯着眼前取得的成绩沾沾自喜。此后,他根据国际焊接科技的发展,将各项技术不断引入中国,推动航空焊接水平向前发展。低应力无变形焊接、真空电弧焊、扩散焊、过渡液相连接、惯性摩擦焊、线性摩擦焊、搅拌摩擦焊、超塑成形/扩散连接、高能束流焊接一项项新技术和创新成果丰富着中国航空特种焊接/连接技术体系。

一个国家的焊接技术应有全面的发展,中国现在正在从焊接大国向焊接强国迈进。谈到中国当前的焊接技术水平,关桥说在通用焊接技术中,方法、设备、工艺方面我们与国际还有差距,创新性不够。但在特殊领域,像航空航天制造,技术都是前沿的。制造院将激光束与电子束结合在一起的高能束流焊接加工技术实验室,在国际上是领先的、绝无仅有的。未来的发展方向,就是如何将高能束的技术向民用领域里扩散,提升通用焊接技术。我们在技术创新上还有很多工作要做。关桥说。在他的心中,勇攀科学的最高峰是没有尽头的。他这样做,也希望年轻人能如此。

技术实力展现中华民族的自信

自从踏入焊接技术的大门,他就一直把国际的先进技术当作艺术来欣赏,在欣赏中学习,进而有所创新。我们梳理了他历次参加国际焊接学会的思考:

1964年,第16届国际焊接学会年会,首次参加IIW的关桥,感到我国焊接技术水平太落后了,边听边想:中国航空工业里究竟需要什么样的焊接技术呢?

1973年,第26届国际焊接学会年会,文革中断的7年,中国几乎与世隔绝,关桥感慨:如今各国焊接技术飞速发展,我们的差距越来越大,如何迎头赶上呢?

1979年,第32届国际焊接学会年会,他根据弹性力学的理论推导出数学模型,再用计算机编程计算,得出构件的应力与变形的关系曲线得到认可。会议主席说,工程师们需要这样的简明计算方法。

1982年,第45届国际焊接学会年会,发表题为《用高温云纹法验证焊接应力应变的有限元分析程序》论文得到赞赏,并发表在国际焊接学会会刊《世界焊接》。

1988年,低应力无变形焊接技术以北京航空工艺研究所和英国焊接研究所的名义,向欧洲专利局申报了国际专利。

1994年,第47届国际焊接学会年会在关桥的主持下,在中国北京成功举办,受条件所限,会议筹备会每次都在关桥家里召开。

2000年,第53届国际焊接学会年会,关桥获1999年度IIW终身成就奖荒田吉明奖。

2017年,第70届国际焊接学会年会在上海举行,关桥获IIW |Fellow |Award奖。

在一年年的国际焊接学会年会中,我们可以看到关桥是以怎样的努力去思考中国焊接的未来,并以行动一步步靠近国际焊接技术的前沿。从台下的一名听众到获得IIW终身成就奖,关桥用他坚持不懈的研究和丰硕的成果让世界看到中国人的智慧。

关桥说出国进修和参加国际学术会议,是一个扩大视野、学习的机会,他也希望年轻的科技人员走出去,与世界交流。走出去,不是走马观花,而是去做真正的思考,找到自己的创新点并坚持走下去。

航空特种焊接/连接技术体系在关桥的精心培育下由小苗长成了大树。昨天我去实验室看,他们正在用搅拌摩擦焊接大型运输机的承载地板,地板焊完后,重载器材可以上去。关桥说。现在他依旧几乎每天都要去制造院办公室或实验室,那里记录着他在焊接事业的成长,也有他牵挂的焊接技术。

邓云华是关桥带的最后一位博士生,第一篇论文发表前改了七次,包括标点符号关桥都要仔细检查。这不是个例,关桥学生不算太多,但个个都能在工作中独当一面,他们有哪个没有领教过关桥对于论文质量的锱铢必较?又有哪个不是在他的影响下对做科研有了更深刻的认识?李菊回忆说:我印象最深刻的是有一次凌晨3点,关老师起床读我的博士论文并进行修改。他对我提起此事时说,这是他的乐趣,他愿意这样做。

现在很多工作都不是靠一个人就能完成的,要发挥团队智慧,不要以为什么事情都是我干成的。从进入制造院那天开始,从担任课题组长、专业组长到室主任,他一直注重梯队建设,并率领团队攻克了一个又一个难解的课题。学会欣赏别人、不断完善自我、发挥群体智慧、矢志振兴中华,通俗易懂的四句话,是关桥的座右铭,也是他送给年轻人的寄语。他将中国与世界焊接在一起,希望在梯队上的各级团队、成员,能够在未来推动祖国的焊接科技发展,让世界看到不断涌动的中国力量。

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