水電機(jī)組研發(fā)一線，有無數(shù)東方人奮斗的身影。在特定型材的工件上鐵臂“繡花”，談何容易？十年磨礪，他從初出茅廬的小伙子，成為一位擅長“鐵臂繡花”的焊接工藝高級(jí)工程師，并獲得四川省創(chuàng)新方法大賽二等獎(jiǎng)、東方電氣集團(tuán)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員等榮譽(yù)。
不能做“減法”，能否做“加法”？
2014年8月，剛從天津大學(xué)研究生畢業(yè)的金寶正式入職東方電機(jī)。剛?cè)肼毜男』镒?，就面臨著不小的難題：實(shí)現(xiàn)高水頭大容量沖擊式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪鍛件一次成型。在那時(shí)，這也是全世界都面臨的難題。
長期以來，我國沖擊式水電機(jī)組自主研制水平薄弱，關(guān)鍵核心技術(shù)一直依賴于國外進(jìn)口，關(guān)鍵部件、核心技術(shù)長期受制于人，研發(fā)適合高水頭、大容量、高海拔、大落差的沖擊式水電機(jī)組更是難上加難。
作為沖擊式水電機(jī)組的“心臟”，轉(zhuǎn)輪是研發(fā)難度最大、制造難題最多的部件，也是我國沖擊式水電機(jī)組研制難以突破的關(guān)鍵。從產(chǎn)品性能來講，轉(zhuǎn)輪整體鍛造后，會(huì)通過數(shù)控機(jī)床“減材”去除多余的金屬，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能。但隨著鍛件尺寸不斷增加，鍛造難度則會(huì)大幅增加。
當(dāng)時(shí)的金寶不禁思考：既然不能做“減法”，那能否做“加法”呢？
在金寶看來，機(jī)器人焊接增材制造，或許是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪鍛件一次成型的最優(yōu)解。
逆向思維給金寶帶來了全新思路，但高端定制化產(chǎn)品增材制造，是在特定型材的工件上“鐵臂繡花”，談何容易？金寶明白，由“減材”到“增材”，沒有想象中簡單：專業(yè)軟件開發(fā)成本高，加上未完全掌握定制化產(chǎn)品增材制造技術(shù)，只能邊摸索邊開發(fā)。
說干就干，金寶一頭扎進(jìn)了工藝研究。
從零開始，為沖擊式水電站裝上中國“心”
為了實(shí)現(xiàn)“鐵臂繡花”，僅有計(jì)算機(jī)二級(jí)考試“C語言”基礎(chǔ)的金寶開始自學(xué)編程軟件。自學(xué)期間，向數(shù)控編程科班人員請(qǐng)教學(xué)習(xí)、反復(fù)查找資料、不斷試驗(yàn)驗(yàn)證，成了金寶的常態(tài)。
“金寶是我們這兒的?？?，我們看到他敲門都害怕?！被貞浗饘氥@研編程技術(shù)初期的狀態(tài)，數(shù)控編程專業(yè)的同事忍不住笑。
那段時(shí)間，東方電機(jī)的焊接試驗(yàn)室里，設(shè)備呲呲作響，焊絲用了一盤又一盤，塑料盤堆成了小山；報(bào)告寫了一份又一份，摞滿了金寶的工位。
經(jīng)過300多天刻苦鉆研、反復(fù)試驗(yàn)分析，2015年，金寶終于掌握了機(jī)器人增材制造的基本方法，開發(fā)了適合沖擊式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪增材制造的軟件程序，讓機(jī)器臂可以按照既定軌跡施焊，實(shí)現(xiàn)了“鐵臂繡花”的諾言。
在轉(zhuǎn)輪的工藝制造上，采用機(jī)器人電弧增材制造（3D打印）技術(shù)，“打印”完成后，大圓環(huán)就會(huì)“長”出一片片水斗型“花瓣”，這道程序就是所謂的“鐵臂繡花”?！拌F臂繡花”不僅降低了鍛件制造難度，提高了材料利用率，還可以讓轉(zhuǎn)輪應(yīng)對(duì)極端情況。
“鐵臂繡花”的實(shí)現(xiàn)路徑搞清楚了，金寶開始利用試驗(yàn)室的機(jī)器人和焊機(jī)搭建了簡易的沖擊式水電機(jī)組增材制造硬件平臺(tái)，開啟了新一輪的驗(yàn)證與優(yōu)化。
金寶的一小步，是沖擊式水電機(jī)組國產(chǎn)化的一大步，既開創(chuàng)了行業(yè)先例，也填補(bǔ)了我國沖擊式水電機(jī)組研制的技術(shù)空白，讓中國的沖擊式水電站裝上了中國“心”。
當(dāng)然，自主創(chuàng)新，從來不是一蹴而就的事，每一步都是摸著石頭過河。
“燒腦”又“費(fèi)力”，還想干更高水頭、更大容量的沖擊式水電機(jī)組
要真正實(shí)現(xiàn)“鐵臂繡花”，必須解決“控型”和“控性”兩大難題，“控型”就是讓焊接機(jī)器人按照預(yù)定的型線作業(yè)，“控性”則是要確保增材制造的性能和質(zhì)量達(dá)到要求。
對(duì)金寶來說，此前的研究只能說明，“控型”難關(guān)攻克了。如何解決“控性”難題？是他面臨的又一難題。
常規(guī)水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪抗沖擊韌性要求為47焦耳，轉(zhuǎn)輪原材料和焊材本身抗沖擊韌性只能達(dá)到60焦耳，沖擊式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪抗沖擊韌性則需要達(dá)到90焦耳。這意味著轉(zhuǎn)輪已經(jīng)突破常規(guī)金屬材料抗沖擊韌性的極限，必須以工藝創(chuàng)新改變焊接材料性能，打破材料自身限制。
更高的水頭、更大的沖擊對(duì)轉(zhuǎn)輪的研發(fā)設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用、工藝制造有了更高要求。為了能夠滿足高水頭沖擊式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪抗沖擊韌性，金寶通過“控制變量法”，對(duì)影響焊接性能的電流、電壓、焊絲進(jìn)絲速度、焊接層間溫度、焊槍速度、焊件預(yù)熱升溫時(shí)間、焊件保溫溫度、焊后保溫時(shí)間等參數(shù)，逐項(xiàng)開展試驗(yàn)研究。
要從無數(shù)種組合中選出一組最優(yōu)參數(shù)，無疑是一個(gè)“燒腦”又“費(fèi)力”的過程。
“那段時(shí)間是最痛苦的，每一次試驗(yàn)都很揪心，增材制造研究從腦力活變成了巨大的體力活。”多年后，再次談起這段經(jīng)歷，金寶還是記憶猶新。
一次次溝通協(xié)調(diào)、一次次嘗試調(diào)整、一次次失敗又重來，經(jīng)過7個(gè)多月的反復(fù)試驗(yàn)，金寶終于得到了最理想的一組參數(shù)。同時(shí)，他還發(fā)現(xiàn)，抗沖擊韌性與增材焊接時(shí)的含氧量有很大關(guān)系：作業(yè)空間含氧量越高，焊接后的材料抗沖擊韌性越差。
為了控制作業(yè)空間含氧量，金寶自己動(dòng)手給機(jī)器人焊槍上安裝了一個(gè)圓型罩子，在焊接時(shí)通入95%的氬氣，隔絕空氣的同時(shí)大幅降低了焊接區(qū)域的焊氧量，這一工裝創(chuàng)新也斬獲了國家實(shí)用新型專利。
通過參數(shù)試驗(yàn)和工裝創(chuàng)新，金寶徹底解決了沖擊式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪抗沖擊韌性難題。
當(dāng)問及解決這一難題的秘訣，金寶的回答是：“學(xué)科前沿沒有捷徑，最‘笨’的方法往往是最有效的。從實(shí)踐中得到理論，再用理論指導(dǎo)實(shí)踐，循環(huán)反復(fù)地驗(yàn)證就能找到答案。”
現(xiàn)在，在東方電機(jī)機(jī)器人焊接增材制造場地，常常能看到金寶操作機(jī)器臂的身影，他正在為自己“在水電新高峰留下足跡”的夢(mèng)想，參與更高水頭、更大容量的沖擊式水電機(jī)組技術(shù)研發(fā)。
2023年12月19日，全球單機(jī)容量最大功率500兆瓦沖擊式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪在東方電機(jī)開焊。金寶和團(tuán)隊(duì)也踏上了沖擊水電高峰的又一新征程。
