本报记者 康劲 本报通讯员 李清同
3月11日上午，兰州兰石重装换热公司车间内，工匠工作室领办人刘自飞正在俯身检查一台银灰色大型设备的焊缝，指尖轻抚过光滑如镜的金属表面，眼神专注如初。此时，远在贵州六盘水的一位同事发来信息：“那两台托举‘超碳一号’稳定运行的回热器运行平稳，这是你们以数万道焊缝精工施焊、千锤百炼铸就的辉煌！”
“超碳一号”是全球首台商用超临界二氧化碳发电机组的昵称，而那两台回热器，就是“能源心脏”，内部藏着50多万条焊缝、3000片薄如蝉翼的换热板。没有一颗螺栓，全靠焊接密封，承受的压力相当于深海潜艇，精度要求堪比航天器装配。
百层薄板“零变形”
“超碳一号”是一项革新型热电转换技术，通过将液态二氧化碳加温、加压至超临界状态，驱动发电机实现高效发电。此前，这一技术技能要求令所有制造企业望而却步，规模化商业应用在世界各国尚无先例。
2023年，中国核动力研究设计院和兰石重装换热公司共同成为超临界二氧化碳发电技术产业联盟单位，向核心换热设备研发、设计和制造发起挑战。制造“能源心脏”的重担交到了刘自飞的手中。
看到“超碳一号”图纸的那一刻，刘自飞真心犯难，“内部需紧密排布数千片毫米厚的换热板片，通过扩散焊连接，可耐受数百个大气压冲击——相当于三个成年人体重压在一枚指甲盖上。”刘自飞带领团队一头扎进车间，开启不分昼夜的攻关。首道难关是换热芯体的精准成型：百层中空薄板需一次焊接成型，而极小的温度差或压力差都可能引发板材变形。
团队对不同材料、结构反复试验，记录上千组参数，终于摸清了真空扩散焊的“脾气”——在特定温度梯度与压力曲线控制下，让金属原子在微观层面“自然融合”。最终，3000片厚度仅1.8毫米的换热板片被精准叠合，50余万条焊缝一次成型，芯体平面度误差小于0.1毫米，实现“零变形”奇迹。
创新工艺破解狭缝困局
刚啃下芯体焊接硬骨头，新难题接踵而至：换热芯体模块与壳体组合焊接时，因管径狭小无法内部作业；传统氩气保护法不仅耗气量巨大，还易导致焊缝背面氧化，引发合金元素烧损。
刘自飞凭借手中一把焊枪先后获得“甘肃省技术能手”“陇原青年英才”等称号，并被评为首届“兰石工匠”，在他看来，工匠工作室的使命就是要挑战技术技能的极限。
他带领技术骨干联合生产团队日夜推演，最终创新提出“抽真空+通氩气”组合工艺。2024年盛夏，车间温度高达40℃，刘自飞和队员轮班作业，汗水浸透工服。当最后一道焊缝探伤显示“100%合格”时，整个车间爆发出欢呼——这条7米长的“生命线”，终于稳稳接通。
小管径埋弧焊“零缺陷”
如果说前两关是精度挑战，第三关则是效率与质量的双重极限。冷热侧汇总管线属小直径管线，需带坡口中厚度焊接，且焊缝100%射线检测。传统焊条电弧焊根本无法满足项目工期与质量要求。
“这是整个设备制造中最棘手的‘卡脖子’硬骨头。”刘自飞坦言。他牵头成立专项攻关小组，联合兄弟单位工匠大师，从焊接参数与工装设备两大维度同步突破。经过数十次试验，团队首创“多种焊接方式组合分层焊接”方案：底层采用脉冲TIG焊确保根部熔透，中层用精密埋弧焊提升效率，表层再以手工焊精细修整。为匹配小管径特性，他们还自主设计专用导电嘴与送丝机构。最终，焊缝成型均匀美观，探伤一次性100%合格，效率提升3倍以上。
2024年9月，两台PCHE回热器圆满通过出厂验收。2025年12月，全球首台商用超临界二氧化碳发电机组商运见证暨“超碳一号”品牌发布仪式在贵州六盘水举行，当会议宣布该设备“核心技术完全自主可控，总体技术水平居于国际领先地位”的消息传到车间，刘自飞和伙伴们一片欢呼。
从真空扩散焊技术突破，到狭缝防氧化工艺创新，再到小管径高效焊接方案落地，刘自飞带领这支平均年龄32岁的团队，用数万道“放心焊缝”，支撑起能源技术的新标杆。
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