應用航天技術轉化高性能鋼鋁復合接觸軌

● 文 |北京衛星制造廠有限公司 太錦善 吳國金 劉堯 余智偉

一、引言

北京衛星制造廠有限公司（2017年11月6日，“北京衛星制造廠”更名為“北京衛星制造廠有限公司”）在航天器研制過程中積累了大量的工程技術和經驗，借助結構機構設計、可靠性分析、焊接技術和成型加工等技術，成功地將先進的自動焊接設備及成套自動焊接工藝應用于中國核電站主管道自動焊接。在此基礎上，利用航天器密封艙體焊接技術和精密成型技術以及成功向核電市場轉化的經驗，研制了城市軌道交通供電產品鋼鋁復合接觸軌，并成功地將產品推向市場，實現了及時有效的產品轉型。

鋼鋁復合接觸軌相較于傳統的低碳鋼接觸軌，因其導電率高、損耗小、單位質量輕便于施工和易維護使用壽命長等特點，得到廣泛的推廣和應用。

二、先進技術的成功轉化

1.技術轉化

航天器密封艙體焊接技術是北京衛星制造廠有限公司的關鍵技術之一。北京衛星制造廠有限公司根據國內核電用戶的具體要求，充分利用航天的非標制造技術，對加拿大利寶地（Liburdi）公司的自動焊接設備進行了適應性的改進、補充設計和完善，使之完全適用于我國核電建設的需求，實現了“硬件”的適配。同時，針對我國核電產品的焊接特點，開發了整套的核電主管道自動焊接工藝，實現了“軟件”的適配。改進后的設備和工藝成功應用于中國核電站主管道自動焊接，特別是在核電站主管道最關鍵也是難度最大的U1口的焊接工作中，優化設計，改造了U1口焊接機頭和軌道，并開發了工藝程序，為中廣核工程有限公司等用戶提供了設備、工藝、服務“一條龍”“一站式”的系統服務。在隨后兩年的時間內，北京衛星制造廠有限公司向中廣核工程有限公司、中國核工業二三建設有限公司等單位銷售了70余臺套自動焊接設備，并提供了全方位的技術服務，該設備和技術服務已成功應用于寧德核電站、秦山核電站等核電站的建設中。

這是航天技術向民用產品轉化的成功案例，使航天技術與中國核電建設實現了強強聯合。

2.迅速轉型

2011年3月，日本福島核電站發生泄漏事故，此次事故對世界核電建設影響巨大，我國核電建設也受到了很大的沖擊，核電站建設全面停工，核電市場拓展受挫。面對該事件的不利影響，北京衛星制造廠有限公司利用現有焊接技術和精密成型技術，并借助成功向核電市場轉化的經驗，于2011年底開始將發展的目標鎖定在軌道交通建設供電產品領域。

城市軌道交通的供電方式主要分為架空式接觸網和接觸軌供電兩種。鋼鋁復合接觸軌及其附件一般是剛性固定安裝在走行軌旁車輛限界之外，因此也被稱為“第三軌”。車輛的受流器（集電靴）通過與其的緊密接觸貼合將電能傳送到電力牽引車輛上。由于接觸軌供電系統不會影響城市景觀且后續運營維護成本較低，越來越多的城市軌道項目開始采用接觸軌供電方式。

（1）二次技術轉化

通過大量的市場調研和產品分析，北京衛星制造廠有限公司自2012年3月啟動了鋼鋁復合接觸軌項目的研制，在項目立項過程中，充分利用航天的技術優勢，進行技術可行性論證和分析，充分分析了目前市場現有的產品形式和特點，最終確定了產品形式；在項目研制過程中，也充分利用航天的技術優勢以提升鋼鋁復合導電軌的產品質量和可靠性，并成功將艙體鋁合金零部件成型技術應用于導電軌的鋼帶成型技術中；將艙體裝配技術應用于導電軌的焊接裝配技術中；將神舟十號艙體法蘭鋁合金氬弧自動焊接技術應用于導電軌的鋼鋁復合焊接技術中，成功將航天技術轉化到航天技術應用領域。通過航天技術的轉化，提升了接觸軌異種金屬的結合強度，延長了產品壽命，極大地降低電能在傳輸過程中的損耗。保證了鋼鋁焊接連接可靠性不受磨耗量影響，并保證全壽命周期內永久連接，進而保證產品生命周期內的質量可靠性。通過采用自動焊接技術，提升了工作效率，并且減輕了產品質量，易于安裝。航天技術實現了向城市軌道交通建設領域的轉化，真正實現了“天地接軌”。

（2）通過鑒定

鋼鋁復合接觸軌及附件，2012年10月順利通過了中國鐵道科學研究院的型式試驗；2012年11月通過了工藝定型評審會；2013年1月，在北京昌平線定泗車輛段成功進行試掛，試掛產品性能非常穩定；2013年6月，通過由北京科技協作中心主持的產品鑒定會，與會領導和專家對鋼鋁復合軌從產品設計、生產設備、生產工藝、試驗檢測、質量控制等方面給予高度的評價，鑒定組專家一致認為研制的系列鋼鋁復合接觸軌“運用制造航天器的先進技術理論和科研成果，加工工藝先進，技術領先，檢驗試驗設備完整、先進，該系列產品達到國際先進、國內領先水平，可以在城市軌道交通領域推廣應用。”此鑒定結論為國內同類產品鑒定的最高評價，為鋼鋁復合接觸軌的市場開拓奠定了良好的基礎。

▲ 鋼鋁復合接觸軌的截面圖

三、市場的成功拓展

中國航天具有先進的技術，在鋼鋁復合接觸軌產品中已承載了中國航天先進的技術，承載了中國航天“天地接軌”的責任與使命，但中國航天缺乏市場開拓的經驗。市場開拓仍然是擺在面前的一項艱巨的挑戰。

2013年4月，北京衛星制造廠有限公司與中鐵電氣化局集團第一工程有限公司簽訂了北京車輛廠試車線工程，線路長為1.3km。接觸軌團隊緊密圍繞軌道交通建設規劃和計劃，加強與軌道交通設計、建設、運營等部門的全方位的密切溝通和交流，2014年4月18日，北京衛星制造廠有限公司的鋼鋁復合接觸軌產品在激烈的市場競爭中，最終贏得了“北京軌道交通燕房線工程鋼鋁復合接觸軌采購項目”，線路長為21km。在北京燕房線的基礎上，2014年10月，團隊以大量的市場調研、產品分析和競爭對手分析為基礎，通過公開招投標的方式贏得了“廣州地鐵四號線南延鋼鋁復合接觸軌采購項目”。項目全長12.6km，實現了鋼鋁復合接觸軌的再次突破，被視為軌道交通建設供電領域內的一匹黑馬。

接觸軌團隊先后在北京、上海、廣州、青島、武漢、無錫等城市共獲得9條線路的建設任務，從2014年的一匹黑馬穩居到業內排行第二，為中國軌道交通供電產品實現“國內制造”做出了積極貢獻。

四、經驗體會

在核電領域獲得成功的先進的自動焊接設備及工藝依靠的是航天的非標制造技術和焊接技術、工藝和經驗，在軌道交通領域獲得成功的鋼鋁復合接觸軌產品依靠的航天焊接技術和精密成型技術。

先進的自動焊接設備及工藝在核電領域的成功，凸顯了航天非標制造技術結合焊接技術、工藝和經驗的獨特性和唯一性。非標制造技術并非航天首創，焊接技術工藝和經驗也并非航天獨有，然而同時具備這兩項技術，且能將二者融會貫通并進行實踐應用，體現了航天技術的獨特性和唯一性。

鋼鋁復合接觸軌產品在軌道交通領域的成功，凸顯了航天技術應用轉化的高效性。從立項到項目通過鑒定僅用時1年，從第一條試驗線到躍居成為業內排行第二，也僅用了不到2年的時間。

無論是核電領域還是軌道交通領域都要求產品具有高可靠性，一旦發生事故均會造成不可挽回的人員財產損失。航天技術的高可靠性，是毋庸置疑的。因此對于可靠性要求較高的領域，選擇航天技術轉化來解決遇到的技術或工藝問題是不二選擇。