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人民日报客户端:用生命连接 ——追记天津大学教授王东坡(上)

      2023-04-28       

原本4月2日上午9点要在上海召开的“某型号民用航空发动机鼓筒裂纹故障研讨及工艺优化方案与验证策略评审会议”最终没有等来王东坡教授。

此前一天,王东坡搭乘晚19:50的飞机赶赴上海参会。原计划22:00落地上海的他,因突发疾病,没能走下飞机,并在2日上午10时许与世长辞,距离他的51岁生日刚刚过去了54天。

4月1日,周六。早晨不到7点,王东坡就出门了,当天连续9个多小时的博士生复试答辩,他没来得及休息。17:50答辩结束后,他匆忙赶往机场,手提包除了笔记本电脑、计算器和记事本,只有同事塞给他的小点心——怕他来不及吃饭,好歹能垫上一口。

这次匆忙赶往上海参加研讨会,是因为某在研型号民用发动机在试验阶段出现了鼓筒裂纹。这个裂纹出现的位置紧邻一条焊缝,需要作出正确鉴定,是材料问题?焊接问题?还是最开始的设计就有问题?这个答案直接关系到下一步的整机试验是否能继续进行,但没有人能给出一个确切的答案。

对“焊接”相关的问题做出判断,是王东坡擅长的科研领域。

焊接,制造业的“裁缝”,对产品质量具有决定性作用,被视为一种关键制造技术,标志着国家的工业技术水平,支撑国家建设及国防安全。因为焊接的复杂性,包括异种材质、特种厚板、超高强度钢、巨型薄壁以及结构所处的深水、深空等复杂环境,都让焊接技术成为名副其实的工程实用高科技。在我国,16项国家重大科技专项中11项直接涉及焊接。钢铁产量的60%以上需要焊接,8万吨级航母焊缝超过50公里。这其中,焊接结构的安全性尤为关键,焊接结构在地震以及风、波浪、海流等长时间作用下易造成损伤累积,极易产生疲劳与断裂等问题,进而引发重大工程事故。据统计,80—90%的焊接结构失效是由断裂与疲劳引起的。因此,如何保证焊接结构和构件服役的安全性、可靠性以及经济性是焊接结构研究中要解决的关键问题。在国内焊接工程结构断裂疲劳与完整性评价领域,王东坡所在的天津大学焊接团队不仅是奠基者,而且一直处于引领地位。

为了这次研讨会,此前的一周,他已经带领课题组的师生在实验室连续做了几天实验,并不断和中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司技术中心主任李晓光、课题组的崔雷老师和博士后梁行反复沟通商讨裂纹形成的原因及机理,全力寻求解决方案。一周时间内,课题组围绕实验结果和企业提供的材料开了五次研讨会分析研判,每天都到深夜。

“我们几乎每天晚上都要电话交流,26日交流到半夜;28日又到晚上十点多,他处理完白天的工作,一到家就又给我打电话讨论一些工艺相关的测试细节,到凌晨也是常有的事。”崔雷一边翻看手机里的通话记录一边摇头叹息。

4月4日的上海,天气冷得出奇,下着雨。但当天赶来参加王东坡告别仪式的人却来了将近200人。有他天津大学的同事和学生,也有已毕业许久的弟子,还有更多他来自学术界和企业界的朋友。大家从全国各地赶来,送他最后一程。

“王东坡教授理论联系实际,在焊接结构完整性领域做出了重要贡献,是我们学习的楷模。让我们共同缅怀他、向他致敬……”当天,参加完告别仪式的中国工程院院士、华东理工大学教授涂善东教授又一次哽咽。此前,在一个专项科研的工作微信群中,涂善东院士已忍不住痛心地留言“说好的继续努力呢?”并引用了王东坡3月22日的群发言“我们继续跟随涂老师为国产先进发动机尽绵薄之力”。而三个泪奔的表情是他最无奈的表达。在这个工作微信群此前非常热闹,是王东坡和几位同行最好的交流平台,最后的题目是关于“薄壁构件焊接质量精细化分级评价标准及其疲劳可靠性提高问题”, 这一细分领域急迫需要相关标准。

时间回到1993年,准备报考焊接专业研究生的王东坡写道:“焊接是专门从事焊接工艺、检测、结构等方面技术人才的专业,对于国民经济发展很重要。焊接科技发展水平是衡量一个国家技术发展状况的重要标志,因此更需要很多从事焊接研究工作的人员,我很希望加入到其中去……”

此后的30年,他的生命和“焊接”牢牢地连接在一起,直至最后一刻。

破解工程卡脖子问题的实干家

“一个人有知识重要,有思想更重要。只有既有才能又有光辉的信念与思想追求,这样的人生才算完美,这样的人才是社会真正需要的人。我们这一代年轻的知识分子,理应自觉向党靠拢,担负起国家未来繁荣昌盛的使命,我想这责无旁贷……面对一个充满竞争的国际大环境,国家间的竞争,关键是科学技术的竞争。”

这是王东坡在1996年申请入党时在自传材料中写到的一句话。让科研落地、把解决实际工程问题视为科研链条中最重要的一环,不能总让外国人卡咱的脖子,这是他作为一名共产党员终身认定的使命追求,既然做了选择,就要坚守一辈子,他做到了。

在王东坡读博士期间,导师霍立兴教授偶然了解到国外有一种“超声冲击”技术,非常前沿,而具体的技术路线国内同行还不知晓。王东坡决定试一试,三年努力,不但攻克了技术壁垒,还最终研发出世界首台基于压电原理的超声冲击设备,而随后的几年中又持续迭代,完成小型化、轻量化改进,其疲劳强度可提高20%到70%,疲劳寿命延长数倍到几十倍。与此同时,这套超声冲击设备对于焊接成型和矫形以及超声频疲劳测试等方面都具有广泛应用。目前,在天大的焊接实验室里,利用王东坡研制的超声冲击设备,已经可以做工作频率达到2万赫兹的超声频疲劳测试,在国内是最领先的。

“现在国内,已经有几家做超声冲击设备的公司,有的已经做得相当有规模。尽管这些公司都和王老师以及我们课题组没有关系,但宣传页上的测试数据却都是王老师做出来的。”课题组的邓彩艳老师和王东坡教授共事已经20多年,她说尽管每次看到的这些宣传的时候,课题组的老师们都为王老师抱不平,但他自己反而并不在意,在他看来技术能得到应用就好,他要做的是大学老师该做的事。

在王东坡看来,该做的事是解决那些被外国人卡脖子的工程技术难题,这其中有一件事就是“预制疲劳裂纹”。满足韧性要求是工程结构低温服役安全性的主要保障,然而在这道必考题中,有一项核心关键技术即是“预制疲劳裂纹”。这项关键核心技术之前长期只掌握在国外极少数科研机构手中。

即便是现在,邓彩艳还记得20多年前王东坡做博士后期间在一间噪音极大的实验室里做疲劳测试研究一待就是一天的情景:特别是当课题组第一次把预制疲劳裂纹做出来的时候,现场的外国专家那一脸不可置信的表情——中国人做出了完全符合标准的平齐漂亮的预制疲劳裂纹,这些外国专家只能悻悻地走了,他们在中国工程中赚钱再也没那么容易了。

这项技术攻克后的很长一段时间内,不仅实现了我国海上油气平台建设焊接结构低温韧性测试国产技术百分百的覆盖,更是通过风险评估为企业免除了焊后热处理这道生产工序,在技术研制出来后不到十年的时间里,产生的经济效益就已达到约20-25亿元左右。

“不过这项看起来很厉害的技术,现在我们实验室随便找出来一个学生都会做了。”邓彩艳说,学生们毕业后又把这项技术带到他们所在的工作单位,所以现在这项技术在国内已经普及了。

这几年让王东坡更为上心的难题,则是“钢悬链线立管”的全尺寸疲劳评价的关键核心问题。“钢悬链线立管”是针对我国近年来在南海建设的1500米水深的超深水大气田开采平台研发的。这条连接水下油气管道与海上平台的管道,常年要经受海洋环境低温、高腐蚀、海浪冲击等影响,对钢管的焊接技术要求极高。因此,在我国对南海油气资源的开发中,“钢悬链线立管”相关技术成为亟待解决的问题。其中,对钢悬链线立管进行全尺寸疲劳测试,这项技术只掌握在国外少数几家大的石油公司手中。

“就是全承包给人家,人家直接给你施工,根本不卖给你设备。光是租用那套设备的钱就够买整条船的了,价格很高,关键是还不让你上船。国外对这个技术封锁得很厉害。”王东坡课题组参与该项目的程方杰老师介绍说,而且如果受到政治因素影响,这些国外公司说不做就不做,咱是一点办法没有。近年来,出于国家能源安全考虑,深水油气开发关键技术装备研制国产化的重要性就格外凸显。

“在解决‘钢悬链线立管’的全尺寸疲劳评价问题上,王老师原本希望购买国外的设备,开发测试技术。但到了实际的招标环节,对方公司却根本就没有投标。王老师一气之下决定带着我们一起自主研发测试设备。”邓彩艳老师说,课题组用了不到两年的时间不仅研发出了测试评价设备,而且还将这项技术成功应用于我国深水油气开发中。

在邓彩艳看来,随着未来我国深水油气开发的不断推进,王东坡老师带着大家共同攻克的这个难题也将发挥更大的作用,产生巨大的经济效益和社会价值,也一定会成为他此生另一件特别值得骄傲的事。

值得骄傲的事还有很多,比如,在水下焊接技术方面,团队发明了固定式排水罩局部干法焊接技术并制备出设备,兼顾焊接的效率、便捷和质量,最终使管道的焊接质量可达到A级的焊缝要求。而此前一次修复先例是由国外一家公司用了一年时间花费上亿元完成的。

帮企业啃硬骨头的金刚钻

王东坡有很多来自企业的朋友。“能不能把这个问题实际解决掉?”是王东坡常挂在嘴边的一句话。脚踏实地为企业解决实际生产中的工程技术难题,也是他做科研的一贯原则。这个原则对于王东坡来讲是自然而然的事情。本、硕、博均就读于天津大学焊接专业的王东坡,师承有着“中国焊接第一学者”之誉的孟广喆教授以及中国焊接结构领域著名的专家霍立兴教授,老先生们不断解决企业实际工程问题的科研态度也深深地影响着他。

企业的工程问题有大有小,但多小的问题他都愿意帮忙解决,多大的问题他都敢于挑战。十年间,王东坡与百余家国内企事业单位合作,开展项目攻关,总经费合计1.3亿元。这些合作项目的合同额都不大,小的只有一两万元甚至二三千元,大的单个合同额也就五六百万元,但合作的企业五花八门,既有国字头大企业,也有民营企业和小微企业,很多项目都是研发难度很高的“硬骨头”,在他看来,只要是企业需要,他都努力完成,“硬骨头啃起来香”。

王东坡去世后,家人在整理他的书桌时,整理出来一摞厚厚的草稿纸,有随手演算的公式,也有满满一页页的草图,而这些“草稿纸”并不只是笔记本,许多都是随手拿到的纸张,比如多年前的两本硕士论文甚至几个快递封的背面都写满了他计算推演的过程。

在他近期用过的这些草稿纸中,“X80”是常出现的一个词。

X80是近年来在国家管网建设尤其是跨国油气运输管线网络建设中被广泛使用的高强度钢。2017年到2019年,中缅天然气输气管道发生数起因管道断裂引发火灾爆炸的事故,给人民生命财产带来重大隐患,从而引发了全社会对于国际油气管道安全性的质疑。今后还能不能使用X70、X80这种高钢级建设油气管道?现有数万公里长的管道如何排除风险?一时间成为极为棘手的问题。

作为焊接领域无论是理论还是实践都过硬的资深专家,王东坡全程参与了风险排查整治的工作并提出了环焊缝失效是由于结构韧性储备不足的观点。之后,国家石油天然气管网集团有限公司提出了“高级钢管道环焊缝失效机理研究”课题,并且确定了22个研究方向,王东坡负责其中的3项关键技术攻关。“前期王老师对于22个方向的确定及指导都给予了大量的意见。” 国家石油天然气管网集团有限公司生产部副总监戴联双说,现在他在焊材优化、“CTOD”表征等方面的阶段性研究成果都已经应用到实际工程中。

解决企业实际工程中的问题,是王东坡乐此不疲,也最感到骄傲的事情,而他在解决这些问题中也有一套自己的“绝活”。

焊接结构的完整性评估是王东坡拿手的“绝活”。很多人小时候都听过一个故事:一家公司进口的机器坏了,请来老工程师回来修理,老工程师在机器那里画了个圈,说就是这里坏了。公司据此把机器修好了,但老总却认为只是画了一个圈,价值没那么大。但工程师却反驳说,知道在哪里画圈就是自己的价值所在。

用这个故事来形容王东坡的“绝活”是十分贴切的。邓彩艳老师解释说,焊接过程中有时难免有焊接缺陷存在,比如气孔夹杂等。实际生产中,如果在焊接过程当中不可避免地出现了缺陷,那已经使用的设备还能不能接着用,或者正在建造的设备还能不能交付,这些都需要评估,这就是焊接中的“ECA评估”,被称为承担风险的风险评估。在评估过程中,涉及到很多变量,虽然评估过程有执行标准,但这个标准只是一个泛泛描述,并没有具体的参数。在这种情况下,评估过程中就需要具体状况进行具体分析,自己选参数。因为王东坡有着非常丰富的工程经验,所以他就敢拍板说这个项目取这个参数就行,那个项目取同样的参数就不行,尤其是是涉及关键的一些安全系数选取多大的数值,如疲劳载荷、应力集中系数等,这里面的参数特别多,在符合要求的数值区间内究竟取哪个数,这些都依靠个人极强的工程经验。

中海油焊接实验室副经理鲁欣豫粗略算了一笔账:仅是安全风险评估方面,王东坡教授通过多个国内、国际项目,精准界定了海底管线铺设的缺陷尺寸临界值,就为公司降低施工成本、提高施工效率做出了巨大贡献,产生效益价值数千万元。

在同事们看来,王东坡要想赚钱,太容易了。按照天津大学科研经费的管理办法,和企业合作的横向课题有40%是特支经费和劳务费,这部分钱给自己支出劳务费这无可厚非,仅这两年他自己名下的经费就有一千多万,为课题组争取到的经费每年更是高达2000万左右。但事实上,至今,王东坡和妻子仍然住在天津大学教师公寓一套仅73平米的两室中,家中陈设极为简单,他不开车,家里也没有车,他和妻子平时都是乘坐公交车上下班。公交车上的50分钟,也是他用来思考的时间。他的零花钱来自妻子的微信转账,吃穿都由妻子安排,从不挑剔。

王东坡在解决一个个工程问题中享受着做科研的乐趣和满满的成就感。在同事和家人眼里,仿佛解决一个个难题就是他全部的生活乐趣。妻子说家里的什么东西放在哪他绝对不知道,而同事们却说实验室有什么东西在哪他记得最清楚。学生时代,同学们都知道他爱打乒乓球,但现在他的同事和学生却没有人知道除了科研之外他还有什么爱好。

推动行业发展的永动机

因为长期从事焊接的疲劳及评估研究,王东坡对于焊接工程的全链条技术熟稔于心,并能从评估结果倒推回去,为焊材、管材、焊接工艺等提出指导。因此,焊接行业内的研究机构和企业遇到问题都愿意找他。

“他恨不得把他知道的所有都告诉你。”在天津市金桥焊材集团股份有限公司常务副总经理肖辉英的眼中,王东坡仿佛永远都是那么意气风发、侃侃而谈,他的热情有着极强的感染力,企业遇到问题找到他,他总是恨不得给你讲透。“你能感觉到他对促进整个焊接行业的发展是毫无保留的。”肖辉英说,正因为此,当听到王老师离世的消息时,很久她都不愿意相信。“他说起话来嗓门很大,滔滔不绝,特别爽朗。有一次闲聊,他还跟我说,像咱们这样想事太多的人不能开车。”这一幕仿佛就在肖辉英的眼前。

但事实上,金桥焊接并没有出现在王东坡及其课题组的科研合作名单中。金桥焊接和王东坡建立起联系是在天津市的焊接学会。“企业有困难他能帮都是竭尽全力帮,至于有没有合作项目他并不在意,也从没主动提过。绝不会为了‘拉’项目走什么心思。”肖辉英说,王老师去世后,还没来得及和他有更多合作也成为她的遗憾。

金桥焊材的技术部经理马强参加了4月4日王东坡在上海的告别仪式。他看到了许多国内的同行都来跟王老师告别,“都是像我们金桥一样得到过他帮助的企业。”马强说,2021的时候,国际形势复杂严峻,焊接材料“卡脖子”技术难题制约了我国海洋工程装备和高技术船舶的自主开发和应用发展。在这种情况下,海洋工程用焊材的国产化就亟待解决,金桥焊接承担了这项紧急攻坚任务,并在2022年实现了部分焊材的国产化。在攻坚过程中,遇到问题马强总是跟王老师请教,尤其是涉及到焊材评估的问题。“他没有专家的架子,像我这样的企业技术人员都可以随时给他发微信请教问题,他每次都会详细回复。”马强记得,有一次他在微信中请教了王老师一个问题,当天晚上10点多他接到王老师的电话,一讲就是40多分钟。“我们也没有给他什么报酬,但如果没有他的帮助,这条国产化的技术路线我们可能要走更长的时间。”告别仪式上,望着安安静静躺下的王老师,马强仿佛觉得下一秒他还会起来,随手拿出包里的计算器和纸,一边推导演算一边滔滔不绝跟他讲原理。(作者 武少民 刘晓艳)

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(编辑 刘延俊 王敬蕾)