拓荒焊接“無人區”的教授“神來之筆”成就國際首創

沒有焊條，沒有焊槍，沒有煙塵彌漫和火光飛濺，山東大學焊接技術實驗室里的自動化焊接裝備顛覆著人們的傳統印象。1月4日，在接受記者采訪時，武傳松向記者展示了其最新作品——世界首創“超聲輔助攪拌摩擦焊設備”。不久前，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，成為該學會中國內地“第一人”。這之后，陸續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的開拓者和引領者。”“他的開創性工作，為把焊接轉變為可預測和可控制的工程技術奠定了廣闊的基礎。”在長達半年的苛刻評審之后，美國焊接學會用“開拓、引領”兩個詞道出了武傳松在業內的分量。

“因為輕量化結構可實現節能、減排，高強鋁合金在航空航天、高速列車、船舶等行業被大量使用，但這種鋁合金并不好焊。”武傳松說，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焊接，綠色環保。“但問題在于，常規攪拌摩擦焊對設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。”武傳松說。

經過長時間摸索，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，產生了神奇效果。這“神來之筆”產生了意想不到的效果——一項國際首創技術“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的工藝機理，并建立數理模型，用經得起考驗的實驗和準確的數據、適合的原理解釋這一技術的“高明之處”。

焊接，一種古老的技藝；焊接，一門現代的科學。武傳松說，從幾十萬噸的航母到不足1克的微電子元件，幾乎所有的產品都離不開焊接技術。我們所熟知的國家大劇院，焊接鋼結構總重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，屬全鋼焊接結構。

這其中挑戰在于：結構不同，材料不同，焊接工藝千差萬別；即使結構、材料相同，焊接次序不同也會影響焊接質量。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”“攪拌摩擦焊接產熱與傳熱模型”等代表行業技術最前沿的新模型陸續問世。

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”。1986年，武傳松偶然看到了麻省理工學院學者的一篇文章，他深受震撼了。“文章研究傳統的鎢極氬弧焊，卻采用全新的計算機建模方法。”受此啟發，他決定采用數值模擬技術進軍工藝過程更復雜但應用更廣的熔化極氣體保護焊領域。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、傳熱傳質學、力學、計算機、自動控制等多學科。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。

數年之功，一日終成。他帶領團隊研發的“超聲振動強化攪拌摩擦焊”新工藝設備，最終實現了彎道超車，以最快速度進入該領域的國際最前沿。2016年他獲得了英國、美國相關學會頒發的兩項國際學術大獎。手握多項省部級獎勵，擔任德國柏林工業大學、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代焊接理論創始人、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、熔池行為的數值分析領域取得了一系列創造性成果，得到國內外專家的廣泛認可。”