武傳松：拓荒焊接“無人區(qū)”

王延斌 馮剛 張志越

沒有焊條，沒有焊槍，沒有煙塵彌漫和火光飛濺，山東大學焊接技術(shù)實驗室里的自動化焊接裝備顛覆著人們的傳統(tǒng)印象。1月4日，在接受采訪時，武傳松向筆者展示了其最新作品——世界首創(chuàng)“超聲輔助攪拌摩擦焊設(shè)備”。

一個多月前，這位山東大學材料焊接方向帶頭人當選美國焊接學會會士，成為中國大陸“第一人”。這之后，陸續(xù)有拜訪者前來觀摩學習。對這位常年浸潤在材料連接世界里的“大隱”來說，多多少少有些不習慣。但他有理由享受這份崇敬。

“武傳松教授是各類焊接過程多物理場模型研發(fā)的開拓者和引領(lǐng)者?！薄八拈_創(chuàng)性工作，為把焊接轉(zhuǎn)變?yōu)榭深A測和可控制的工程技術(shù)奠定了廣闊的基礎(chǔ)?！痹陂L達半年的苛刻評審之后，美國焊接學會用“開拓、引領(lǐng)”兩個詞道出了武傳松在業(yè)內(nèi)的分量。

“神來之筆”成就國際首創(chuàng)

“因為輕量化結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)節(jié)能、減排，高強鋁合金在航空航天、高速列車、船舶等行業(yè)被大量使用，但這種鋁合金并不好焊?！蔽鋫魉烧f，一般而言，焊接以加熱或加壓或兩者并用的方式接合金屬或其他材料。但在傳統(tǒng)的熔焊過程中，金屬局部熔化、形成熔池，在隨后冷卻凝固時焊縫中容易形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，影響焊縫的質(zhì)量和性能。

為避免上述問題，“攪拌摩擦焊”應運而生。它以加壓代替加熱實現(xiàn)焊接，綠色環(huán)保?！暗珕栴}在于，常規(guī)攪拌摩擦焊對設(shè)備和工件裝夾有很高的要求，焊接載荷大，焊接速度較慢，攪拌頭磨損較嚴重?！蔽鋫魉烧f。

經(jīng)過長時間摸索，武傳松找到了一條與眾不同的路子——他將“超聲能場”施加在攪拌頭前方的待焊工件上，超聲振動與攪拌頭附近的塑性變形材料相互耦合，產(chǎn)生了神奇效果。這“神來之筆”產(chǎn)生了意想不到的效果——一項國際首創(chuàng)技術(shù)“超聲振動強化攪拌摩擦焊”就此誕生。

但武傳松并未止步。他進而揭示出上述技術(shù)的工藝機理，并建立數(shù)理模型，用經(jīng)得起考驗的實驗和準確的數(shù)據(jù)、適合的原理解釋這一技術(shù)的“高明之處”。

讓焊接技藝“變身”科學

焊接，一種古老的技藝；焊接，一門現(xiàn)代的科學。

武傳松說，從幾十萬噸的航母到不足1克的微電子元件，幾乎所有的產(chǎn)品都離不開焊接技術(shù)。我們所熟知的國家大劇院，焊接鋼結(jié)構(gòu)總重6700噸，焊縫總長36公里；國家體育場“鳥巢”用鋼約5.3萬噸，涉及六個鋼種，屬全鋼焊接結(jié)構(gòu)。

這其中挑戰(zhàn)在于：結(jié)構(gòu)不同、材料不同，焊接工藝千差萬別；即使結(jié)構(gòu)、材料相同，焊接次序不同也會影響焊接質(zhì)量。

而武傳松的任務就是揭示各類焊接工藝背后的復雜物理機制，然后用通用的科學語言去詮釋。于是，在武傳松努力下，“熔化極氣體保護焊熔池模型”“等離子弧焊接熔池與小孔模型”“激光+熔化極電弧復合焊接過程模型”“攪拌摩擦焊接產(chǎn)熱與傳熱模型”等代表行業(yè)技術(shù)最前沿的新模型陸續(xù)問世。

“886”作息

在武傳松身上有著兩對矛盾：他外表儒雅，卻與“粗老笨重”的焊接較上了勁；性情溫和，卻喜歡探索焊接科技“無人區(qū)”。

1986年，武傳松偶然看到了麻省理工學院學者的一篇文章。他深受震撼?！拔恼卵芯總鹘y(tǒng)的鎢極氬弧焊，卻采用全新的計算機建模方法?！?/p>

受此啟發(fā)，他決定采用數(shù)值模擬技術(shù)進軍工藝過程更復雜但應用更廣的熔化極氣體保護焊領(lǐng)域。這在國際上沒有先例。

過程很艱難。焊接工藝背后的物理機制涉及到物理、化學、冶金、傳熱傳質(zhì)學、力學、計算機、自動控制等多學科。即使是最頂尖的科學家也需要俯下身子，這不僅需要投入大量的時間，還需要驚人的努力。

于是，“886”成了武傳松的“作息”：一周最少工作6天，每天早上8點半到下午5點半，加上晚上3小時。

數(shù)年之功，一日終成。他帶領(lǐng)團隊研發(fā)的“超聲振動強化攪拌摩擦焊”新工藝設(shè)備，最終實現(xiàn)了彎道超車，以最快速度進入該領(lǐng)域的國際最前沿。2016年他獲得了英國、美國相關(guān)學會頒發(fā)的兩項國際學術(shù)大獎。

手握多項省部級獎勵，擔任德國柏林工業(yè)大學、美國肯塔基大學等五所國外高校院所的客座教授，但他卻更在乎新中國現(xiàn)代焊接理論創(chuàng)始人、中科院院士潘際鑾教授的評價：“武傳松教授在電弧物理、熔滴過渡、熔池行為的數(shù)值分析領(lǐng)域取得了一系列創(chuàng)造性成果，得到國內(nèi)外專家的廣泛認可?！?/p>

筆者問：“您現(xiàn)在也功成名就了，還整天‘泡實驗室，不累嗎？”他答：“焊接科技沒有止境，探索未知我樂在其中。”