滨江市郊的“关山风神”项目工地依旧繁忙,但启航的研发中心却过之而无不及。
两天前韩栋提出的真空电子束焊接技术,让陆先进和张志强两人忙的不可开交。
材料研究所的试验室里,陆先进和他的团队围着一块半导体元件图纸,桌上摆满了各种金属粉末和合金块。
陆先进的助手小王手里拿着一份计算报告,眉头紧锁。
“陆总工,我们从理论模型出发,筛选了几十种灯丝材料,包括钨、钍钨、六硼化镧……
但无论是哪一种,在高压加速电场下的寿命和稳定性,都达不到韩总百千瓦级电子枪的要求。
光是灯丝烧蚀问题,就无法克服。”
另一个助手小李接过话茬,他指着面前的图纸:
“而且,高压加速电场的稳定性也成问题。
电压越高,电离的风险就越大,一旦出现击穿,整个系统就废了。
我们现在能保证的,也就几十千瓦的稳定输出,再往上,各种参数就飘了。”
陆先进拿过报告,细致地翻阅着。
他知道韩栋的要求不是凭空而来,百千瓦,意味着电子束的能量密度将远超现有认知,能瞬间熔化百毫米厚的特种合金。
但现实摆在面前,现有材料和技术,就是一座难以逾越的大山。
“再算。”陆先进沉声说。
“把所有参数都拉到极限,看看哪个点会先崩溃。我们不能只盯着传统的材料,把思路放开。”
就在此时,韩栋推门走进了实验室。
他径直走到试验台前,拿起一块钨钍合金灯丝,在手里掂了掂。
“灯丝材料的选择,现在看来有点局限。”韩栋直接开口。
陆先进和其他技术员全都看向他。
“我们国内,在一些特殊合金领域,虽然没有大规模应用,但理论研究一直没停。
你们可以去查查,有没有关于稀土改性非晶态合金的资料。
这种合金,在某些特定环境下,表现出远超传统材料的电子发射性能和抗烧蚀能力。”
陆先进愣了一下。稀土改性非晶态合金?
这个方向,他们确实没有深入研究过。
国内关于非晶态合金的研究还处于起步阶段,更别提和稀土结合。
“韩总,这个方向……恐怕国内还没有成熟的工艺。”小王迟疑。
“没有成熟工艺,不代表没有理论基础。”韩栋平静说。
“去联系一下燕京金属研究所,他们在这方面,有一些早期探索。
就算不能直接拿来用,也可以给我们提供一些思路。”
陆先进的身体紧绷起来。
韩栋每次的建议,都像是一束光,突然照亮了他们苦苦摸索的黑暗。
他看向团队,命令道:“小王,小李,立刻去查资料,同时联系燕京金属研究所!”
“是!”两人应声。
韩栋点点头,随后离开了材料研究所。
另一边,精密制造中心的图纸室里,张志强和杨东伟正围着一张巨大的真空室结构图纸,图纸上密密麻麻地标注着各种尺寸和受力分析。
“老杨,你看这个接缝。”张志强指着真空室侧壁与端盖的连接处。
“我们要保证极限真空度,还得考虑在焊接过程中,结构自身的稳定性。
现有的法兰密封,哪怕是最高精度的,也无法完全杜绝微小的气体分子渗透。”
杨东伟推了推眼镜:
“而且,这个尺寸太大了,要放进十几米长的筒体,真空室的体积至少得是它的两倍。
要实现快速抽真空,光靠现有的真空泵组,效率太低。
更别说这么大的结构,在抽真空和充气过程中,自身形变控制也是个难题。”
张志强叹口气:
“这可不是造个密封罐子那么简单。
任何一点微小的泄露,都会让电子束发散,焊接质量根本无法保证。”
巨型风洞本身,就是一个庞大的系统,只是要求还远没达到电子束焊机的程度。
韩栋走了进来。
他没有直接询问,而是绕着图纸走了一圈。
“真空室的密封问题,可以参考一下国际空间站舱门的设计。”韩栋突然开口。
张志强和杨东伟猛地转过头。
国际空间站?
那是什么?
他们完全没听说过。
韩栋解释道:
“空间站舱门,需要在太空极端真空环境下,保证人员和设备的安全。
密封不仅仅依靠材料的精度,更依靠一种多层、可主动形变调节的密封结构。
简单来说,就是一道不行,就上两道,两道不行就上三道。
而且每一道密封,都能根据内外压差,主动进行微调。”
张志强和杨东伟对视一眼,眼神里充满了震撼。
他们从未想象过,一个舱门的密封技术,竟然可以做到这种程度。
“具体来说,它采用的是一种迷宫式密封结构。”韩栋接着说。
“在法兰连接处,不只是一道密封圈,而是多道不同形状、不同材质的密封圈交错排列。
外部真空度下降,就会带动内部密封圈进一步压紧,形成自适应的密封体系。
同时,在关键部位,可以预埋一些微型压电陶瓷元件,通过主动施加微小压力,抵消材料的弹性疲劳,甚至修复微小的缝隙。”
张志强的大脑飞速运转着。
迷宫式密封?
主动调节?
压电陶瓷?
这些概念,每一项都颠覆了他们对传统密封技术的认知。
“韩总,您的意思是……我们可以在现有的法兰连接基础上,设计一种类似的多层复合密封结构?”张志强声音有些颤抖。
“没错。”韩栋说。
“这种技术,可以极大地提高真空室的密封可靠性。
至于抽真空效率,那就要看真空泵组的性能了。
杨总工,这方面你和王雷团队对接一下,看看能否通过SGI集群,优化真空泵的排列和调度,实现更高效的抽真空方案。”
杨东伟立刻点头。
韩栋的思路,总是在他们认为走投无路的时候,打开一扇全新的大门。
“韩总放心,我们这就着手研究!”张志强激动的说道。
地下计算中心,SGI集群的指示灯闪烁,风扇声轰鸣。
王雷和李响团队,此刻正面对着一堆复杂的数学模型和编程界面。
“电子束焊机仿真初步模型终于搭建好了。”
李响指着屏幕上不断跳动的曲线和图像。
“目前能预测电子束在不同功率下对金属的穿透深度和熔池行为。
但是,精度还不够,特别是对焊缝内部晶格结构变化的预测,我们还在摸索。”
王雷眯着眼睛,紧盯着屏幕上的一个三维熔池模型。
模型中,高速电子流轰击下的金属瞬间气化,形成一个深窄的匙孔。
匙孔周围的液态金属在表面张力和电子束压力的作用下,形成一个动态的熔池。
“我们需要更精细的模型。”王雷说。
“熔池的流动行为、凝固过程中的相变、以及应力分布,这些都会直接影响焊缝的最终质量。
如果不能精确预测,控制系统就无法实现动态调整。”
“计算量太大了。”一个技术员挠头。
“哪怕是现在的SGI集群,跑一个完整的厚板焊接模拟,都需要好几个小时。”
不知何时,韩栋走了进来。
他看了一眼屏幕,随即说:
“晶格结构变化的预测,可以引入分子动力学模型。
虽然计算量会更大,但它能更真实地模拟原子尺度的运动,给出更精确的结果。”
分子动力学?
王雷和李响都吃了一惊。
这项技术,在当时属于前沿的物理研究领域,很少有人将其应用到工业仿真中。
“韩总,分子动力学模型,需要海量的计算资源。
我们目前的SGI集群,就算全部跑起来,恐怕也只能模拟几百个原子,对于宏观的焊接过程,杯水车薪。”李响提出疑虑。
“所以需要开发一种多尺度耦合算法。”韩栋看向众人说道。
“宏观层面,用连续介质力学模型进行模拟,微观层面,在关键区域,引入分子动力学模型进行局部精算。
然后通过特定的接口,将两种尺度的结果进行耦合,形成一个统一的仿真体系。”
王雷恍然大悟,韩栋的一句话瞬间点醒了他。
多尺度耦合,这是他曾经接触过这个概念,没想到韩栋直接提了出来。
“这样一来,既能保证宏观模拟的效率,又能兼顾微观细节的精确性。”
王雷自言自语,激动地在键盘上敲打起来。
“李响,我们立刻着手这个方向!”
李响也立刻行动起来。
他们知道,这将是一项艰巨的任务,但一旦成功,他们对电子束焊机的控制精度,将达到前所未有的高度。
“韩总,我有个想法。”王雷突然回头。