3月11日上午，蘭州蘭石重裝換熱公司車間內(nèi)，工匠工作室領(lǐng)辦人劉自飛正在俯身檢查一臺銀灰色大型設(shè)備的焊縫，指尖輕撫過光滑如鏡的金屬表面，眼神專注如初。此時，遠在貴州六盤水的一位同事發(fā)來信息：“那兩臺托舉‘超碳一號’穩(wěn)定運行的回?zé)崞鬟\行平穩(wěn)，這是你們以數(shù)萬道焊縫精工施焊、千錘百煉鑄就的輝煌！”

“超碳一號”是全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機組的昵稱，而那兩臺回?zé)崞?，就是“能源心臟”，內(nèi)部藏著50多萬條焊縫、3000片薄如蟬翼的換熱板。沒有一顆螺栓，全靠焊接密封，承受的壓力相當(dāng)于深海潛艇，精度要求堪比航天器裝配。

百層薄板“零變形”

“超碳一號”是一項革新型熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過將液態(tài)二氧化碳加溫、加壓至超臨界狀態(tài)，驅(qū)動發(fā)電機實現(xiàn)高效發(fā)電。此前，這一技術(shù)技能要求令所有制造企業(yè)望而卻步，規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用在世界各國尚無先例。

2023年，中國核動力研究設(shè)計院和蘭石重裝換熱公司共同成為超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟單位，向核心換熱設(shè)備研發(fā)、設(shè)計和制造發(fā)起挑戰(zhàn)。制造“能源心臟”的重擔(dān)交到了劉自飛的手中。

看到“超碳一號”圖紙的那一刻，劉自飛真心犯難，“內(nèi)部需緊密排布數(shù)千片毫米厚的換熱板片，通過擴散焊連接，可耐受數(shù)百個大氣壓沖擊——相當(dāng)于三個成年人體重壓在一枚指甲蓋上?！眲⒆燥w帶領(lǐng)團隊一頭扎進車間，開啟不分晝夜的攻關(guān)。首道難關(guān)是換熱芯體的精準(zhǔn)成型：百層中空薄板需一次焊接成型，而極小的溫度差或壓力差都可能引發(fā)板材變形。

團隊對不同材料、結(jié)構(gòu)反復(fù)試驗，記錄上千組參數(shù)，終于摸清了真空擴散焊的“脾氣”——在特定溫度梯度與壓力曲線控制下，讓金屬原子在微觀層面“自然融合”。最終，3000片厚度僅1.8毫米的換熱板片被精準(zhǔn)疊合，50余萬條焊縫一次成型，芯體平面度誤差小于0.1毫米，實現(xiàn)“零變形”奇跡。

創(chuàng)新工藝破解狹縫困局

剛啃下芯體焊接硬骨頭，新難題接踵而至：換熱芯體模塊與殼體組合焊接時，因管徑狹小無法內(nèi)部作業(yè)；傳統(tǒng)氬氣保護法不僅耗氣量巨大，還易導(dǎo)致焊縫背面氧化，引發(fā)合金元素?zé)龘p。

劉自飛憑借手中一把焊槍先后獲得“甘肅省技術(shù)能手”“隴原青年英才”等稱號，并被評為首屆“蘭石工匠”，在他看來，工匠工作室的使命就是要挑戰(zhàn)技術(shù)技能的極限。

他帶領(lǐng)技術(shù)骨干聯(lián)合生產(chǎn)團隊日夜推演，最終創(chuàng)新提出“抽真空+通氬氣”組合工藝。2024年盛夏，車間溫度高達40℃，劉自飛和隊員輪班作業(yè)，汗水浸透工服。當(dāng)最后一道焊縫探傷顯示“100%合格”時，整個車間爆發(fā)出歡呼——這條7米長的“生命線”，終于穩(wěn)穩(wěn)接通。

小管徑埋弧焊“零缺陷”

如果說前兩關(guān)是精度挑戰(zhàn)，第三關(guān)則是效率與質(zhì)量的雙重極限。冷熱側(cè)匯總管線屬小直徑管線，需帶坡口中厚度焊接，且焊縫100%射線檢測。傳統(tǒng)焊條電弧焊根本無法滿足項目工期與質(zhì)量要求。

“這是整個設(shè)備制造中最棘手的‘卡脖子’硬骨頭。”劉自飛坦言。他牽頭成立專項攻關(guān)小組，聯(lián)合兄弟單位工匠大師，從焊接參數(shù)與工裝設(shè)備兩大維度同步突破。經(jīng)過數(shù)十次試驗，團隊首創(chuàng)“多種焊接方式組合分層焊接”方案：底層采用脈沖TIG焊確保根部熔透，中層用精密埋弧焊提升效率，表層再以手工焊精細修整。為匹配小管徑特性，他們還自主設(shè)計專用導(dǎo)電嘴與送絲機構(gòu)。最終，焊縫成型均勻美觀，探傷一次性100%合格，效率提升3倍以上。

2024年9月，兩臺PCHE回?zé)崞鲌A滿通過出廠驗收。2025年12月，全球首臺商用超臨界二氧化碳發(fā)電機組商運見證暨“超碳一號”品牌發(fā)布儀式在貴州六盤水舉行，當(dāng)會議宣布該設(shè)備“核心技術(shù)完全自主可控，總體技術(shù)水平居于國際領(lǐng)先地位”的消息傳到車間，劉自飛和伙伴們一片歡呼。

從真空擴散焊技術(shù)突破，到狹縫防氧化工藝創(chuàng)新，再到小管徑高效焊接方案落地，劉自飛帶領(lǐng)這支平均年齡32歲的團隊，用數(shù)萬道“放心焊縫”，支撐起能源技術(shù)的新標(biāo)桿。