2022年12月13日，西安航天發(fā)動機有限公司推力室制造車間技術人員正在測量大尺寸鈦合金噴管。

　　2027年前后，新一代載人運載火箭將具備把中國人送上月球的能力；未來，我國的新一代載人運載火箭將承擔起火星探測、木星探測、小行星探測等任務……

　　2022年12月13日，帶著憧憬，記者走進中國航天科技集團六院。在這里，記者獲悉：2022年10月，我國新一代載人運載火箭二級液氧煤油發(fā)動機累計完成3次650S研制試車，為推動中國航天實現載人登月計劃邁出了一大步。這3次650S研制試車成功最核心的技術支持，便是來自西安航天發(fā)動機有限公司（以下簡稱西發(fā)公司）全新研制的大尺寸鈦合金噴管。

　　看似簡單的錐形結構鈦合金噴管，科研人員卻用了5年時間才將它從圖紙變?yōu)楝F實。5年來，西發(fā)公司不斷攻克技術難題，最終突破了大尺寸鈦合金噴管全部關鍵制造技術，為中國航天事業(yè)發(fā)展作出貢獻。

　　從零開始，破解大尺寸鈦合金噴管制造難題

　　記者在西發(fā)公司5車間看到，技術人員正在仔細測量直徑2米多的鈦合金噴管。液氧煤油發(fā)動機型號總工藝師張和平告訴記者：“我們研發(fā)的新一代載人運載火箭二級發(fā)動機直徑達到2米多，在未來將執(zhí)行載人登月任務。為了降低發(fā)動機重量，提高火箭有效運載能力，我們于2017年啟動研發(fā)大尺寸鈦合金噴管。相比于不銹鋼噴管方案，發(fā)動機推力室噴管選用鈦合金材料，重量可減輕約25％。”

　　我國現役主動力液體火箭發(fā)動機再生冷卻噴管均選用不銹鋼材料，國內尚無大尺寸鈦合金噴管研制生產經驗。工藝處型號主管胥棟衡告訴記者：“自研制任務立項以來，科研團隊遇到了鈦合金噴管內外壁成型難、鈦合金薄壁銑槽加工難、鈦合金噴管中間層制備難、鈦合金噴管釬焊難等一系列技術難題。”這些難題一遍遍考驗著科研人員，而科研團隊只能“從零開始”研究。

　　鈦合金噴管具有尺寸大、曲面不規(guī)則等特點，且鈦合金屈強比高，比鋼材輕，使用傳統(tǒng)工藝加工后容易破裂，很難在常溫下成型。要得到型面精密貼合的噴管內、外壁難度極大，考驗著西發(fā)公司3車間鈑金成形攻關團隊。科研人員崔珊珊說：“2017年，我們一直停留在論證探索階段，研究工藝方案的可行性。2018年我們開始零件試制，逐步確定工藝參數。為保證內、外壁釬焊時的型面尺寸一致，必須采用同步成形的方案，完成零件型面加工。我們遇到的工藝控制難點是熱成形與整體熱校形。”攻關團隊充分調研外部資源，深入分析試驗結果，最后總結出了最佳的制造工藝，解決了大尺寸鈦合金噴管內外壁成型難題。然而，破解鈦合金噴管成形難題，只是攻克任務的開始。之后，科研人員又開始攻克鈦合金“銑槽”加工難題。

　　火箭發(fā)動機噴管內壁的外表面分布著數千條槽深均勻的燃料通道。航天人把加工燃料通道的加工過程稱為“銑槽”。由于鈦合金噴管存在材料切削加工性差、結構尺寸超出現有設備的能力、型面不規(guī)范等難點，鈦合金薄壁大噴管“銑槽”技術在我國尚屬空白。

　　科研人員李紅麗帶隊鈦合金噴管“銑槽”課題組，首先遇到的難題就是工件太大、工裝太重、機床無法承載。課題組與工裝設計成員齊心協力給工裝瘦身之后，又遇到鈦合金的切削難等問題。李紅麗回憶說：“當第一臺鈦合金內壁交來‘銑槽’時，工件與工裝之間貼合的間隙達到數毫米，嚴重不貼胎。原本一對銑刀在不銹鋼產品上可以‘銑槽’50多條，但鈦合金噴管銑一條槽就得報廢10多對刀，這讓我們最頭痛。沒有可借鑒的技術，‘銑槽’質量更無從談起。”

　　為解決難題，李紅麗查閱了大量資料，從鈦合金材料性能開始研究，又與多家刀具廠聯合研制多種刀具，進行了大量的銑削試驗以摸索切削參數。面對首件產品帶來的新困難，技術人員集思廣益研制新的刀具、摸索新的切削參數，操作工王寶恒累到生病仍在配合研發(fā)。課題組成員擰成一股繩，針對不同的切削狀況，優(yōu)化刀具及切削方案。當第十種刀具能夠完整銑一條槽、兩條槽、數十條槽時，大家終于松了一口氣。

　　經過長達3年的攻關，鈦合金大型薄壁件“銑槽”技術取得重大突破，獲得多項國家發(fā)明專利，也為實現鈦合金噴管釬焊奠定了技術基礎。

　　填補空白，攻克鈦合金釬焊技術

　　研制任務立項之初，大尺寸鈦合金噴管涉及銅—鋼—鈦3種金屬的連接。鈦合金無法通過熔焊方法直接與銅合金、不銹鋼實現連接，而鈦—銅、鈦—鋼、鈦—鈦的釬焊技術是制造液氧煤油發(fā)動機的最關鍵一步。

　　西發(fā)公司14車間科研人員權琳琳說：“在產品釬焊過程中，我們要找像‘膠水’一樣的中間層，相當于釬料。把它們均勻鍍在鈦合金噴管零件上，才能把多種金屬釬焊在一起。釬焊中間層是不可或缺的，且中間層的質量直接影響著產品的釬焊質量。釬焊中間層制備技術的研究始于2017年初，當時國內、國外還沒有大尺寸薄壁鈦合金電鍍成功的報道，想要制備出質量合格的中間層難度非常大。”

　　面對行業(yè)性難題和技術壁壘，車間技術工人迎難而上，積極組織開展鈦合金噴管釬焊中間層制備的工藝攻關。在攻關過程中，由于能夠查閱的文獻較少，研發(fā)人員只能通過一遍遍試驗摸索配方和參數。

　　新配溶液，摸索參數，再改進溶液配方……這樣的循環(huán)不知道經歷了多少次，他們依然未能獲得理想的溶液配方。

　　車間組織開展多種技術同時論證。“噴涂的涂層不致密、電鍍鍍覆層無法實現”“這么大的尺寸、這么厚的鍍層，真空鍍覆怎么實現”……“像這樣的討論與爭執(zhí)，那個時候每天都能聽到。”權琳琳說，大家堅信失敗只是暫時的，終有撥云見日之時。最終，在2022年3月，科研人員共突破3項關鍵技術，終于研制出質量合格的釬焊中間層，掌握了國內首個大尺寸、薄壁鈦合金電鍍銅核心技術，為釬焊作好充足準備。

　　西發(fā)公司5車間推力室研制團隊責任人吳振中查閱了大量國內外文獻資料，了解到大尺寸鈦合金噴管釬焊研制極為困難。“首先是鈦合金材料在高溫下性能變化較大、釬焊后較難成型，其次是鈦合金、銅合金、不銹鋼的材料特性差異較大，較難實現釬焊連接。”吳振中說。

　　“團隊從2017年開始攻關課題，直到2021年才突破鈦合金噴管中間層制備及釬焊難題。那時已逼近發(fā)動機總體研制節(jié)點，時間緊、任務重。”吳振中回憶道。為了趕進度，研制團隊在半年時間內完成了百余次釬焊試驗，快速分析、快速迭代，以獲得最優(yōu)方案。

　　吳振中告訴記者：“在研發(fā)過程中，我們成功完成了多臺模擬件釬焊，但在正式產品生產時，連續(xù)兩臺產品釬焊質量未能達到要求，造成研制進度受阻。那時離交付產品的時間不到1個月。”

　　面對國家重大任務的迫切需要，西發(fā)公司研制團隊開展發(fā)生問題再分析、專業(yè)技術再研究、確定方案再驗證工作。研制隊伍靜下心來重新思考“來時的路”，創(chuàng)新性地提出“在保證結構強度的前提下避開接頭不成型區(qū)間”，采用此方案在短時間內完成了2件模擬件試驗，試驗件接頭成型、結構強度滿足要求。在僅剩下1件鈦合金噴管產品的情況下，研制團隊對提出的方案編制了專題評審報告，組織專家對產品工藝方案“號脈”。最終，科研人員采用新方案釬焊的鈦合金噴管成型良好，結構強度滿足使用要求，研制團隊快馬加鞭完成推力室生產，并交付試車考核。

　　雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越。在追求真理的科學精神指引下，在全體科研人員的共同努力下，科研人員完全掌握了大尺寸鈦合金噴管全部關鍵制造技術，使我國成為繼俄羅斯之后掌握此技術的第二個國家，為我國進一步開展深空探測提供了強大技術支持。