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“世界是你们的,也是我们的,但是归根结底是你们的。你们青年人朝气蓬勃,正在兴旺时期,好像早上八九点钟的太阳。希望寄托在你们身上……”这段毛主席著名的语录,对中国人来说并不陌生,对当年曾在莫斯科大学礼堂亲耳聆听毛主席讲话的留学生关桥来说更是倍感亲切。新中国建立之初,国家面临的首要任务是恢复千疮百孔的国民经济。在“以苏为师、以俄为师”的口号下,国家向苏联派遣了大批留学生。祖国对留学生寄予了厚望,在一穷二白的情况下,从物质生活上给予了他们很高的保障。毛主席在访苏期间特意亲切看望了他们,带去了祖国母亲的温暖。学成回国的留苏学生,在以后的国家建设中承担了重任,他们和国家共命运,在祖国强盛的进程中,有不少为国家作出了特殊的贡献。关桥的人生历程,就是在这方面很有代表性的故事。
童年,少年的颠沛流离
1935年7月2日,关桥出生于山西太原市一个普通知识分子家庭。父亲关慰祖,山西汾城人,毕业于天津国立北洋大学土木工程系,毕业后从铁路工务员干起,相继担任正太铁路工务处工程司兼工务段长,黄河水利委员会视察工程师。1940年调往滇缅铁路升任正工程司,1942年转至重庆政府行政院水利委员会做技正。日本投降后担任平绥铁路工务组长,1947年被派往平津铁路担任正工程司兼包宁铁路筹备处副处长。母亲赵云章是出身于书香门第的闺秀,与关慰祖同乡,初中考入太原第一女子师范附属中学,高中毕业后,一心想考大学,因出嫁后家庭所累和父亲的阻挠,读书梦破灭,在相夫教子中,把强烈的读书愿望倾注在对子女的培养教育上。二人育有二女四男。关慰祖把四个儿子分别以桥、堰、敦、柱取名,以孩子的命名来寄托投身土木工程的情缘。
1937年日寇占领太原,华北形势岌岌可危,国民党政府转移内迁,作为公职人员的关慰祖随政府撤到重庆,支撑一家生活的重担全落在赵云章身上。母亲带着美第、关桥、关堰,拖着沉重的身孕回到老家投靠兄长。这里有关家祖业留下的大宅院,由关桥的大伯掌管。关桥一家的到来,对大伯家肯定增加了负担,所以遭受冷遇和白眼,母亲的负担不可能得到些许减轻。全家人的生活主要依靠父亲的薪水接济,有时难以为继,只能靠典当随身物品度日,加上小弟弟小妹妹的相继出世,日子拮据得举步维艰。母亲不但要操持一家生计,还要面对日本鬼子的烧杀抢掠和二鬼子的进村搜刮,母亲带着孩子们东躲西藏。
1943年,眼见大姐美第和关桥到了上学年龄,为了孩子的安全和前程,母亲带着子女在动乱中逃难到吕梁山区关桥的外祖父家暂避。经人介绍,渡过黄河经历跋涉到达陕西宜川秋林镇,凭着自己的才学,母亲在专为收容阎锡山流亡军政机关人员散失子女的山西省第一儿童教养院谋到了一份教书的职业,这样几个子女结束了学业荒废的命运,跟着妈妈入学读书。1946年,大姐和关桥又到了上中学的年龄。母亲深知孩子的学业是不能耽误的,便决定把已迁到陕西韩城儿童教养院学习的大姐和关桥,托付给在山西临汾师范附中当会计的叔伯长兄念中学,自己继续在儿童教养院教书和照看关桥的两个弟弟。
1947年,山西内战烽火再起,母亲即将临产生育关桥最后一个小弟弟。这时学校教学处于停顿状态,于是母亲几经周折北上太原,到外祖父家待产,同时托人把大姐和关桥从临汾接到太原,安置在太原中学就读初二。就在这一年,父亲供职的地域从西南转往西北的包宁线(包头—宁夏—兰州)和集二线(集宁—连浩特),落脚在了归绥(呼和浩特)。为了使全家团圆,母亲带着关桥的妹妹,历经艰辛把随教养院已搬迁到西安的两个弟弟接出,坐车冒险经兰州、宁夏一线到达归绥:大姐、关桥、小弟也从太原来到归绥,全家人结束了长达11年的离散。
到达绥远后,关桥和姐姐转入绥远中学读初三。1949年北平和平解放,9月,镇守绥远的董其武相继起义。第二年的7月,父亲奉调北京铁道部设计局工作,不久母亲带着妹妹和小弟来到北京安了家。大姐、关桥和两个弟弟继续在归绥念书。抗美援朝战争爆发后,姐姐从学校应征入伍,进入长春空军学院学习,关桥三兄弟相继回到北京父母身边。从1950年秋季开始,关桥作为插班生考入北京汇文中学,开始了高中二年级的学习。1952年,读完高三的关桥,在参加高考填报专业志愿时,想到了父亲的工作,立志做一名出色的工程师。在报考志愿栏中填上了地质、水利、航空的志愿。
录取发榜的时候,关桥以优异的成绩被北京俄文专修学校留苏预备部录取。先补习俄文,至于学什么,一直是个谜。
十年留学苏联生活
关桥在位于石驸马大街的北京俄文专修学校补习了一年俄文。系统地、正规地对留学生进行出国培训和政治审查,关桥他们属于第一批,1953年8月乘火车踏上留苏之路。上车后第三天,所学专业终于揭了底,他被指派到莫斯科包曼高等工学院,学习焊接专业。焊接到底能学到什么?他心里开始很茫然,所能想到的就是马路边上焊洋铁壶、搪瓷盆之类的活计,最多是在爸爸铁路施工工地看到的电弧焊,但是这都是些简单的劳动,还有什么深奥的学问非要出国学习吗?他顾不得想得太多,作为受党培养多年的共青团员,对组织的分配,他只有服从。
包曼工学院是一所有着120多年历史的著名学府,俄罗斯航空之父茹科夫斯基、苏联航天之父科罗廖夫、航空巨擘图波列夫、数学家车彼谢夫等都是这所学校的毕业生。在这样一所诞生科技英才的学校读书,他感到骄傲自豪。在异国他乡读书,尽管已有了一年培训,他还是遇到了语言上的实际障碍。上化学,关桥基本听不懂,因为老师只是讲,没有教材:上马列基础课,因为同样的原因,关桥只能捕捉到个别单词,整堂课却犹如云里雾里。这是留学初期遇到的普遍问题。学校知道后,就把中国留学生组织起来,单独开“小灶”。做好课堂笔记,成为关桥获取知识的主要途径。第一年,在课堂上他连笔记都记不下来,下课后抄笔记成了他的常态,夜里即使再晚也要把当天各门功课笔记抄完。到了第二年,关桥的语言能力渐渐有所提高,记的笔记连苏联同学都会羡慕。
关桥对焊接专业的认识也有了质的提高。焊接涉及到传热学,他的量化工具靠的是数学计算:电弧焊接过程发生的冶金物理现象,涉及到材料力学、热弹塑性力学等科学,关系到焊成后的结构强度和安全可靠性,其深奥的知识吸引着关桥去追寻探究。“我喜欢这门科学”,关桥回忆说,“它能给出定量化结果,可以把一个结构的应力状态算得非常准确,而且它的物理模型也是非常清楚的,所以在大学我最愿意学的就是材料力学,而且是考得最好的一门课。”一个教制图的老师叫阿鲁斯旦莫夫,他严厉、苛刻,是包曼有名的不给学生面子的老师,他要求学生的图要画到非常标准的状态,因此有的苏联学生背后骂他。关桥却爱上这个老师的课,他拿出一张保留至今残缺不全的图自豪地说:“这是当时我画的一张机械图,即使现在全用上了计算机制图,这张用手做出的图还是很见功力。” 1956年10月,关桥在包曼高等工学院中国留学生党支部光荣加入了中国共产党。立誓为祖国的强盛奉献自己全部的光和热。1957年11月17日,一个星期天的上午,他和全莫斯科的中国留学生被召集到位于列宁山上的莫斯科大学礼堂。《东方红》、《歌唱祖国》的歌声在礼堂里起伏回荡。“毛主席来了!”同学们高叫了起来。暴风雨般的掌声和欢呼声经久不息。毛主席率领的中国党政代表团,在参加“十月革命”40周年庆祝活动并出席国际共产党会议期间特意抽时间来看望大家。“同志们,我向你们问好!”台下爆发出潮水般的掌声。“世界是你们的,也是我们的,但归根结底是你们的!”毛主席讲话的湖南口音让不少同学有点听不明白。他见同学们露出困惑的神情,便转过头问驻苏大使刘晓:“‘世界’用俄文怎么说?”刘晓回答:“米尔!”于是毛主席打着手势说:“米尔是你们的,当然,我们还在,也是我们的,但是归根结底是你们的。我们都老得这样了,但各有长处。我们老的有经验,你们年轻人朝气蓬勃,好像早上八九点钟的太阳,希望寄托在你们身上!”毛主席风趣的比喻引起大家的笑声和掌声。接着,毛主席给大家讲了当前国际和国内的形势。最后,毛主席再次向大家强调:“世界是你们的,中国的前途是属于你们的!”
毛主席的话像晶莹的露水滴进关桥和渴望祖国繁荣昌盛的留学生的心里。
讲完话,他微笑地坐在前排留学生面前:“什么时候到的苏联,到这里生活习惯吗?”
同学们异口同声地回答,“习惯了,主席!”
“你们给家里写信吗?”
“写了!”
“要经常给家里写信,汇报思想,让家里人放心!”
主席像长辈一样和同学们拉着家常。快8点了,关桥和中外留学生们聚集在莫斯科大学门口,喊着“毛主席,再见!毛主席,再见!”目送着主席离开。多少年了,每当回想起亲耳聆听毛主席讲话的情景,仍使关桥的心热浪滚滚,就好像祖国母亲用体温在抚慰自己,给自己以嘱咐与重托!
留学期间,关桥的个人问题也结出了硕果,和同在包曼留学专攻燃气轮机专业的、比自己小一年级的上海姑娘陈丽芳结为连理。1959年初,在苏联建筑科学院通讯院士、功勋科学家格·阿·尼古拉耶夫教授的指导下,关桥以一篇《组合桥梁铝合金带筋壁板的氩弧焊接》的毕业设计通过答辩,并以全优的成绩结束了6年的留学生活。
1959年初,关桥回国后被分配到一机部第九研究所(后几经更名为北京航空工艺研究所,简称625所)。不到一年,又受教育部派遣,前往苏联包曼高等工学院研究生院攻读学位。关桥选择了当时在国际上刚刚兴起的焊接力学作为主攻方向,结合苏联航空航天制造业中刚开始采用的新材料和新结构的关键技术,开展了钛合金焊接结构应力与变形控制的研究课题。关桥预见这一研究方向,将对回国后自己从事的航空特种焊接技术和焊接力学研究起到推动作用,从此确立了后来的人生轨迹。1963年4月,关桥以一篇《钛合金薄壁焊接构件的残余应力变形和强度》的论文、用流利的俄语完成了副博士论文的答辩。由于其论文紧贴工业实际,提出的创见和优化方案当年就被苏联航空工业生产实践所采用。
启程之后的逆水行舟
回到625所后,28岁的关桥从别人对他不屑一顾的眼神里,看到了“吃过洋面包”的尴尬,也确实,由于对实践了解的缺乏,自己也常常感到在苏联所学的理论知识与航空发动机生产现场中工人师傅的焊接技术对不上号。如何能将学到的东西在生产中发挥作用?一时他找不到答案,怀疑的眼光常常使关桥感到压得喘不过气来。
不久,他参加了一个南昌320厂提出、由三机部下达的“铬锰硅钢焊接变形矫正工艺研究”的攻关任务。一个高强钢焊接的架子支撑在安-2飞机活塞式发动机下,焊接完成后,它的变形要用火焰加热才能矫正过来。然而盲目的矫正操作常常使飞行中的钢管疲劳断裂,机毁人亡。工人师傅的焊接,是按照苏联专家的生产说明严格执行的。但有一条工人们执行不了,说明书规定不允许在有“穿堂风”的厂房里进行火焰加热矫正。工人向关桥诉苦:“南昌的夏天像个蒸笼,不开车间门通风,这活我们干不了呀!”工人轻蔑地对关桥说:“你这个吃过洋面包的博士,请解释多大的风叫‘穿堂风’啊?”
关桥不语了,他知道,科学试验要证实的不是多大风力才算是“穿堂风”,而是要掌握这类钢结构在局部加热矫形中的冷却速率,使之不致造成影响材料冲击韧性和构件疲劳寿命的结果。通过疲劳寿命、金相试验,力学性能试验,设计了机械应变仪,通过测定残余应力,他和同事们确立了新的热处理规范,编写出新的生产说明书和技术总结报告,修订了原苏联AH-773生产说明书。修订后的说明书解决了一直以来影响生产的老大难问题,被航空工业部作为正式文件下达到各厂执行。直到这时,轻蔑的眼光和讽刺的声音才渐渐平息。但是关桥还是暗暗叮嘱自己:要夹着尾巴做人,老老实实向工人师傅学习。
1964年7月,关桥第一次作为中国代表团成员参加国际焊接学会第17届年会。在聆听一名英国焊接研究所的专家做关于“熔化极脉冲氩弧焊”的报告时,关桥敏锐地感到这项新技术的应用,将会对中国航空焊接制造的领先发展有推动作用。顿时兴奋起来,落后的中国航空工业焊接技术也许可以从这里起步,作为开展科研的方向。回国后,他的想法得到所长郦少安的支持。他不敢张扬,怕别人说他出风头,想成名成家。不久,在参加发动机残骸工艺分析中,他锁定了606所自主设计的新型发动机中研制先进焊接结构的课题:910发动机薄壁机匣熔化极脉冲氩弧焊工艺与设备研究,以自己都没想到的魄力和勇气,组成了所内外从事焊接技术的一批人的研制团队,从焊接控制原理人手,在怎样让电源发出脉冲电流、怎样送熔化极焊丝、怎样设计机械部分、电气部分采用什么元件等展开攻关,在调试中又针对910发动机薄壁机匣焊接变形问题,采用了焊缝滚压新技术。在团队的联合努力下,把625所的焊接技术——熔化极脉冲氩弧焊推向了国内领先地位。
就在关桥对未来充满期待之时,“文革”拉开了序幕。国家黑白颠倒,所内秩序大乱,在设备和工艺还很不理想,技术还不够成熟的情况下,910发动机薄壁机匣熔化极脉冲氩弧焊接的调试工作被迫中断。关桥留苏的背景,也成为“疑似苏修特务”的调查对象。他翻出了保留的与苏联同学的通信和不知利用多少日日夜夜搜集整理出的科研资料,甚至大学毕业证书和学位证书,担心这些东西被造反派抄去,会成为“苏修特务”的有力证据,统统放入火炉烧掉。后来又被下放到所锅炉房劳动改造。 风声渐渐平息之后,在“抓革命,促生产”中,关桥忘掉伤痛,又重新拾起熔化极脉冲氩弧焊设备的调试,把新焊机用于910发动机研制:为了解决航空材料的难焊接,探索研究了结构钢、铝合金以及钛合金的扩散连接焊接:在斯贝发动机的焊接工艺分析中,提出控制外涵道简体上安装座采用“预变形”方案解决焊接变形问题,取得了成功:在受命赴上海参加运10飞机发动机焊接技术攻关中,他和团队设计研制了钨极脉冲氩弧焊设备和薄壁机匣悬空焊接工艺,控制了结构变形和焊接裂纹问题。
尽管焊接专业与关桥是中途偶遇,机遇结缘,但一旦相爱,关桥便从一而终,从未放弃对它的热爱,即使是在下放劳动、身处逆境的情况下,他仍旧没有放弃自己的思考与创造。当然,他也在默默的期待科学的春天能早日到来。
时代创造出累累硕果
1978年,关桥期盼的科学的春天终于来了。十一届三中全会作出决定,把党和国家的工作重心由阶级斗争转移到经济建设上来。从这时起,关桥好像变了一个人,他再也不必夹着尾巴做人,再也不必戴着“疑似苏修特务”帽子诚惶诚恐地工作生活了。
这一年的全国科学大会,关桥和同事们研发的“钨极脉冲氩弧焊及薄壁构件悬空自动焊工艺”项目荣获科技大会奖,但他不满足。这一年他43岁,他眼前充满阳光,他要大干一番,为祖国的焊接事业创造更多的成果。
一直以来,关桥试图努力在传统焊接专业知识与焊接力学之间架设桥梁,把以定性、经验为主发展到定量、精确的分析计算,用计算模型科学地评价与求解工程实际问题。在经常的下厂实践中,关桥渐渐把研究方向瞄准在了“薄壁结构的低应力无变形焊接法”上。在生产现场常常和同事们采用焊缝滚压技术、预变形技术、热处理消除残余应力的方法解决新机研制中的焊接变形难题。但是,关桥清楚,要达到焊接后不变形,也可以不用焊后被动地矫形,可以用主动控制的方法来解决焊接变形。
他通过调研,自行设计制造了焊接过程动态拍摄、记录栅线变形的仪器,实现了用云纹法非接触式测量焊接过程瞬态应变场的愿望。1982年,他从乌克兰巴顿焊接研究所一名专家的文章中了解到,如果先在焊缝两侧建立温度场,焊后残余应力水平就可以降低。于是指导研究生开展“预置温度场控制焊接应力和变形”的试验。试验结果应力水平降低得不理想。经分析,是由于两个温度场叠加后焊接产生瞬态失稳所致。于是,为了保障薄板在焊接过程中不发生瞬态失稳,关桥把工艺装备改成双支点加压,采用这种方式的第一块焊后无变形试件就这样试验成功了。为了把这项成果尽快转化为现实的生产力,他一方面指导研究生以设备为载体,为涡喷7、涡喷13发动机机匣焊接生产线研制先进的装备:另一方面,积极与航天部联系,主动请求把低应力无变形焊接新技术用于“长三甲”运载火箭,以解决正在研制的“长三甲”运载火箭燃料储箱焊接变形的难题。出于对这位航空特种焊接技术专家声誉的信赖,航天部接受了关桥的请求,下达攻关课题项目。经过关桥和同事们采用新方案长达8年的攻关,长期存在的运载火箭储箱筒段焊接变形超差难题终于克服了,“长三甲”运载火箭被成功送上蓝天。
关桥把预置温度场控制的低应力无变形焊接定义为“静态控制”焊接。1990年他又进一步指导研究生用“热源一热沉”相匹配的多源“动态”控制方法,来解决焊接中不协调应变产生,把无变形焊接用于复杂、空间曲线焊缝多样性的操作,为焊接力学的发展和工程应用展现了新的前景。1987年,关桥受到邀请,以英国皇家学会对华研究员奖学金高级学者身份,带着这项成果赴英国焊接研究所进行了为期一年的合作研究。不仅把625所低应力无变形焊接技术推向了国际,使世界领教了中国人的聪明才智:同时,以北京航空工艺研究所和英国焊接研究所的名义把这项技术向欧洲专利局申报了国际专利,与国际焊接界搭建了交流的桥梁和舞台。这项技术先后获得航空科技进步一等奖和航天科技进步一等奖,1995年度国家发明二等奖。1994年,关桥当选为中国工程院首批院士。1992年获航空工业最高奖“航空金奖”:1998年获“何梁何利基金技术科学奖”。
1979年,关桥被任命为研究室主任,他把研究室定义为“航空特种焊接工艺研究室”,努力在其领域缔造出先进飞行器及其动力装置设计、制造所特需的和关键的焊接/连接技术体系。
1980年,在参加美国焊接学会第61届年会上,钛合金超塑成形/扩散连接新技术引起关桥的极大关注。于是回国后立即部署了这项技术的研究,陆续研制出了一批装备,在歼8飞机的典型构件上进行了工程化应用。如今其制造的产品已经在航空航天领域发挥了巨大作用。
1992年在随中国航空发动机工艺代表团访问俄罗斯中,关桥在母校参观到一种真空电弧焊技术。很快把从事这项研究的他的老同学杨波里斯基教授请到625所讲学,设计开发出一台新型的工程化应用设备提供给了空军修理厂使用,在中国迈出了空心阴极真空电弧焊技术应用的步伐。
20世纪90年代,英国焊接研究所开发出了搅拌摩擦焊,对传统熔焊制造工艺带来革命性变革。关桥了解到这项崭新绿色固态焊接技术后,急于部署开展搅拌摩擦焊预先研究。
关桥还通过把德国电子束焊发明人施泰格瓦尔德博士和日本高能束焊接专家荒田吉明等国外著名专家请来做顾问教授和指导工作的方式,在625所原有激光束、电子束、离子束加工技术的基础上,促进国防科工委论证立项,建立了“高能束流加工技术”国防科技重点实验室。与中科院和清华大学合作培养了专攻高能束流加工的超常热物理问题的三个博士生。使之成为国防工业武器装备和国民经济建设的一大技术推动力。
在他的精心栽培与辛勤哺育下,625所的焊接专业从建所时热加工研究室里的一个焊接小组已成长为一棵叶茂枝繁、果实累累的参天大树。
走向世界的舞台与培养人才的园丁
2006年,将于当年8月在加拿大召开的国际焊接学会第59次年会,在此之前给中国焊接学会发来函件,征集为国际焊接事业做出过贡献的各国专家,准备颁发“贡献证书”和纪念章。据中国焊接学会秘书处统计,参加过国际焊接年会10次以上并有资格接受这份荣誉的中国专家仅关桥一人。 自从关桥1964年第一次参加国际焊接年会,他就被这个国际学术组织的广泛性、权威性与前瞻性所吸引。他从了解国际学术前沿动态、新技术新理论的发展,到转向主动宣传自己的科研成果,动员和组织中国焊接学会与国际焊接十几个专业委员会的对口交流,为推动中国焊接科技走向世界作出了贡献。在关桥心目中,受到普遍尊重和公认的最具权威的焊接科学研究机构,除了乌克兰的巴顿焊接研究所外,就要数英国焊接研究所了。这两个号称“世界材料连接技术中心”的研究所,恰恰又都是关桥用625所实力与之合作、取长补短、互利共赢的伙伴。2004年,他获得了“英国焊接研究所布鲁克奖章”,2010年获得了乌克兰总统签发的“三级功勋勋章”。1994年,在关桥担任中国焊接学会理事长、国际焊接学会副主席期间,他在北京主持了国际焊接学会第47届年会。这次会议是近10年国际焊接学会参加人数最多的一次,会议举办的质量受到国际焊接学会的好评。
为了使航空特种焊接后继有人,充满生机,关桥从改革开放初期开始就着手焊接人才的培养。他说服领导,经过努力争取到625所成为航空工业系统培养硕士资格的第一批授权单位。关桥对所带研究生的论文选题要求很严,既要结合625所的现实,又要考虑国内外在相应领域的前沿动态,从而使论文都有较好较高的水平。
关桥也是北京航空航天大学的博士生导师。1999年625所“动态控制的低应力无变形焊接技术”立项,从事这项工作的人去了美国,项目面临搁浅。后来关桥通过北京工业大学史耀武教授输送来的懂数值分析、掌握计算机软件应用的博士生李菊,来从事钛合金低应力无变形焊接过程机理论文课题的研究。经过关桥的悉心培养和指导,李菊终于完成了论文答辩。由于专业所限,这篇论文并没有引起更多评委的关注,但关桥看好这篇论文,把它提交给了国际焊接学会参加评审。李菊的论文最终荣获了国际焊接学会特意为优秀博士论文设立的“格兰让”奖。关桥以对学生的爱和对他们倾注的全面发展的期盼,来培养自己事业的后继者,如今他所带出的20多个硕士生、博士生都能独立承担课题研究,有的已成为625所的焊接专家,有的走上了领导岗位。
从莫斯科大学接见,聆听毛主席的亲切教诲至今,55年过去了,当年那批英气勃发,风华正茂的青年留学生,已经到了耄耋之年,为了祖国的繁荣与复兴,关桥没有辜负毛主席的殷殷期望和嘱托,以自己的青春和热血,尽显时代风流,向祖国和人民交出了一份满意的答卷。道路无止境,事业未穷期,关桥培养的一批批后继者,正以航空特种焊接事业为己任,沿着前辈人开拓的道路,在航空报国的道路上,迈出无愧于前人的步伐。
童年,少年的颠沛流离
1935年7月2日,关桥出生于山西太原市一个普通知识分子家庭。父亲关慰祖,山西汾城人,毕业于天津国立北洋大学土木工程系,毕业后从铁路工务员干起,相继担任正太铁路工务处工程司兼工务段长,黄河水利委员会视察工程师。1940年调往滇缅铁路升任正工程司,1942年转至重庆政府行政院水利委员会做技正。日本投降后担任平绥铁路工务组长,1947年被派往平津铁路担任正工程司兼包宁铁路筹备处副处长。母亲赵云章是出身于书香门第的闺秀,与关慰祖同乡,初中考入太原第一女子师范附属中学,高中毕业后,一心想考大学,因出嫁后家庭所累和父亲的阻挠,读书梦破灭,在相夫教子中,把强烈的读书愿望倾注在对子女的培养教育上。二人育有二女四男。关慰祖把四个儿子分别以桥、堰、敦、柱取名,以孩子的命名来寄托投身土木工程的情缘。
1937年日寇占领太原,华北形势岌岌可危,国民党政府转移内迁,作为公职人员的关慰祖随政府撤到重庆,支撑一家生活的重担全落在赵云章身上。母亲带着美第、关桥、关堰,拖着沉重的身孕回到老家投靠兄长。这里有关家祖业留下的大宅院,由关桥的大伯掌管。关桥一家的到来,对大伯家肯定增加了负担,所以遭受冷遇和白眼,母亲的负担不可能得到些许减轻。全家人的生活主要依靠父亲的薪水接济,有时难以为继,只能靠典当随身物品度日,加上小弟弟小妹妹的相继出世,日子拮据得举步维艰。母亲不但要操持一家生计,还要面对日本鬼子的烧杀抢掠和二鬼子的进村搜刮,母亲带着孩子们东躲西藏。
1943年,眼见大姐美第和关桥到了上学年龄,为了孩子的安全和前程,母亲带着子女在动乱中逃难到吕梁山区关桥的外祖父家暂避。经人介绍,渡过黄河经历跋涉到达陕西宜川秋林镇,凭着自己的才学,母亲在专为收容阎锡山流亡军政机关人员散失子女的山西省第一儿童教养院谋到了一份教书的职业,这样几个子女结束了学业荒废的命运,跟着妈妈入学读书。1946年,大姐和关桥又到了上中学的年龄。母亲深知孩子的学业是不能耽误的,便决定把已迁到陕西韩城儿童教养院学习的大姐和关桥,托付给在山西临汾师范附中当会计的叔伯长兄念中学,自己继续在儿童教养院教书和照看关桥的两个弟弟。
1947年,山西内战烽火再起,母亲即将临产生育关桥最后一个小弟弟。这时学校教学处于停顿状态,于是母亲几经周折北上太原,到外祖父家待产,同时托人把大姐和关桥从临汾接到太原,安置在太原中学就读初二。就在这一年,父亲供职的地域从西南转往西北的包宁线(包头—宁夏—兰州)和集二线(集宁—连浩特),落脚在了归绥(呼和浩特)。为了使全家团圆,母亲带着关桥的妹妹,历经艰辛把随教养院已搬迁到西安的两个弟弟接出,坐车冒险经兰州、宁夏一线到达归绥:大姐、关桥、小弟也从太原来到归绥,全家人结束了长达11年的离散。
到达绥远后,关桥和姐姐转入绥远中学读初三。1949年北平和平解放,9月,镇守绥远的董其武相继起义。第二年的7月,父亲奉调北京铁道部设计局工作,不久母亲带着妹妹和小弟来到北京安了家。大姐、关桥和两个弟弟继续在归绥念书。抗美援朝战争爆发后,姐姐从学校应征入伍,进入长春空军学院学习,关桥三兄弟相继回到北京父母身边。从1950年秋季开始,关桥作为插班生考入北京汇文中学,开始了高中二年级的学习。1952年,读完高三的关桥,在参加高考填报专业志愿时,想到了父亲的工作,立志做一名出色的工程师。在报考志愿栏中填上了地质、水利、航空的志愿。
录取发榜的时候,关桥以优异的成绩被北京俄文专修学校留苏预备部录取。先补习俄文,至于学什么,一直是个谜。
十年留学苏联生活
关桥在位于石驸马大街的北京俄文专修学校补习了一年俄文。系统地、正规地对留学生进行出国培训和政治审查,关桥他们属于第一批,1953年8月乘火车踏上留苏之路。上车后第三天,所学专业终于揭了底,他被指派到莫斯科包曼高等工学院,学习焊接专业。焊接到底能学到什么?他心里开始很茫然,所能想到的就是马路边上焊洋铁壶、搪瓷盆之类的活计,最多是在爸爸铁路施工工地看到的电弧焊,但是这都是些简单的劳动,还有什么深奥的学问非要出国学习吗?他顾不得想得太多,作为受党培养多年的共青团员,对组织的分配,他只有服从。
包曼工学院是一所有着120多年历史的著名学府,俄罗斯航空之父茹科夫斯基、苏联航天之父科罗廖夫、航空巨擘图波列夫、数学家车彼谢夫等都是这所学校的毕业生。在这样一所诞生科技英才的学校读书,他感到骄傲自豪。在异国他乡读书,尽管已有了一年培训,他还是遇到了语言上的实际障碍。上化学,关桥基本听不懂,因为老师只是讲,没有教材:上马列基础课,因为同样的原因,关桥只能捕捉到个别单词,整堂课却犹如云里雾里。这是留学初期遇到的普遍问题。学校知道后,就把中国留学生组织起来,单独开“小灶”。做好课堂笔记,成为关桥获取知识的主要途径。第一年,在课堂上他连笔记都记不下来,下课后抄笔记成了他的常态,夜里即使再晚也要把当天各门功课笔记抄完。到了第二年,关桥的语言能力渐渐有所提高,记的笔记连苏联同学都会羡慕。
关桥对焊接专业的认识也有了质的提高。焊接涉及到传热学,他的量化工具靠的是数学计算:电弧焊接过程发生的冶金物理现象,涉及到材料力学、热弹塑性力学等科学,关系到焊成后的结构强度和安全可靠性,其深奥的知识吸引着关桥去追寻探究。“我喜欢这门科学”,关桥回忆说,“它能给出定量化结果,可以把一个结构的应力状态算得非常准确,而且它的物理模型也是非常清楚的,所以在大学我最愿意学的就是材料力学,而且是考得最好的一门课。”一个教制图的老师叫阿鲁斯旦莫夫,他严厉、苛刻,是包曼有名的不给学生面子的老师,他要求学生的图要画到非常标准的状态,因此有的苏联学生背后骂他。关桥却爱上这个老师的课,他拿出一张保留至今残缺不全的图自豪地说:“这是当时我画的一张机械图,即使现在全用上了计算机制图,这张用手做出的图还是很见功力。” 1956年10月,关桥在包曼高等工学院中国留学生党支部光荣加入了中国共产党。立誓为祖国的强盛奉献自己全部的光和热。1957年11月17日,一个星期天的上午,他和全莫斯科的中国留学生被召集到位于列宁山上的莫斯科大学礼堂。《东方红》、《歌唱祖国》的歌声在礼堂里起伏回荡。“毛主席来了!”同学们高叫了起来。暴风雨般的掌声和欢呼声经久不息。毛主席率领的中国党政代表团,在参加“十月革命”40周年庆祝活动并出席国际共产党会议期间特意抽时间来看望大家。“同志们,我向你们问好!”台下爆发出潮水般的掌声。“世界是你们的,也是我们的,但归根结底是你们的!”毛主席讲话的湖南口音让不少同学有点听不明白。他见同学们露出困惑的神情,便转过头问驻苏大使刘晓:“‘世界’用俄文怎么说?”刘晓回答:“米尔!”于是毛主席打着手势说:“米尔是你们的,当然,我们还在,也是我们的,但是归根结底是你们的。我们都老得这样了,但各有长处。我们老的有经验,你们年轻人朝气蓬勃,好像早上八九点钟的太阳,希望寄托在你们身上!”毛主席风趣的比喻引起大家的笑声和掌声。接着,毛主席给大家讲了当前国际和国内的形势。最后,毛主席再次向大家强调:“世界是你们的,中国的前途是属于你们的!”
毛主席的话像晶莹的露水滴进关桥和渴望祖国繁荣昌盛的留学生的心里。
讲完话,他微笑地坐在前排留学生面前:“什么时候到的苏联,到这里生活习惯吗?”
同学们异口同声地回答,“习惯了,主席!”
“你们给家里写信吗?”
“写了!”
“要经常给家里写信,汇报思想,让家里人放心!”
主席像长辈一样和同学们拉着家常。快8点了,关桥和中外留学生们聚集在莫斯科大学门口,喊着“毛主席,再见!毛主席,再见!”目送着主席离开。多少年了,每当回想起亲耳聆听毛主席讲话的情景,仍使关桥的心热浪滚滚,就好像祖国母亲用体温在抚慰自己,给自己以嘱咐与重托!
留学期间,关桥的个人问题也结出了硕果,和同在包曼留学专攻燃气轮机专业的、比自己小一年级的上海姑娘陈丽芳结为连理。1959年初,在苏联建筑科学院通讯院士、功勋科学家格·阿·尼古拉耶夫教授的指导下,关桥以一篇《组合桥梁铝合金带筋壁板的氩弧焊接》的毕业设计通过答辩,并以全优的成绩结束了6年的留学生活。
1959年初,关桥回国后被分配到一机部第九研究所(后几经更名为北京航空工艺研究所,简称625所)。不到一年,又受教育部派遣,前往苏联包曼高等工学院研究生院攻读学位。关桥选择了当时在国际上刚刚兴起的焊接力学作为主攻方向,结合苏联航空航天制造业中刚开始采用的新材料和新结构的关键技术,开展了钛合金焊接结构应力与变形控制的研究课题。关桥预见这一研究方向,将对回国后自己从事的航空特种焊接技术和焊接力学研究起到推动作用,从此确立了后来的人生轨迹。1963年4月,关桥以一篇《钛合金薄壁焊接构件的残余应力变形和强度》的论文、用流利的俄语完成了副博士论文的答辩。由于其论文紧贴工业实际,提出的创见和优化方案当年就被苏联航空工业生产实践所采用。
启程之后的逆水行舟
回到625所后,28岁的关桥从别人对他不屑一顾的眼神里,看到了“吃过洋面包”的尴尬,也确实,由于对实践了解的缺乏,自己也常常感到在苏联所学的理论知识与航空发动机生产现场中工人师傅的焊接技术对不上号。如何能将学到的东西在生产中发挥作用?一时他找不到答案,怀疑的眼光常常使关桥感到压得喘不过气来。
不久,他参加了一个南昌320厂提出、由三机部下达的“铬锰硅钢焊接变形矫正工艺研究”的攻关任务。一个高强钢焊接的架子支撑在安-2飞机活塞式发动机下,焊接完成后,它的变形要用火焰加热才能矫正过来。然而盲目的矫正操作常常使飞行中的钢管疲劳断裂,机毁人亡。工人师傅的焊接,是按照苏联专家的生产说明严格执行的。但有一条工人们执行不了,说明书规定不允许在有“穿堂风”的厂房里进行火焰加热矫正。工人向关桥诉苦:“南昌的夏天像个蒸笼,不开车间门通风,这活我们干不了呀!”工人轻蔑地对关桥说:“你这个吃过洋面包的博士,请解释多大的风叫‘穿堂风’啊?”
关桥不语了,他知道,科学试验要证实的不是多大风力才算是“穿堂风”,而是要掌握这类钢结构在局部加热矫形中的冷却速率,使之不致造成影响材料冲击韧性和构件疲劳寿命的结果。通过疲劳寿命、金相试验,力学性能试验,设计了机械应变仪,通过测定残余应力,他和同事们确立了新的热处理规范,编写出新的生产说明书和技术总结报告,修订了原苏联AH-773生产说明书。修订后的说明书解决了一直以来影响生产的老大难问题,被航空工业部作为正式文件下达到各厂执行。直到这时,轻蔑的眼光和讽刺的声音才渐渐平息。但是关桥还是暗暗叮嘱自己:要夹着尾巴做人,老老实实向工人师傅学习。
1964年7月,关桥第一次作为中国代表团成员参加国际焊接学会第17届年会。在聆听一名英国焊接研究所的专家做关于“熔化极脉冲氩弧焊”的报告时,关桥敏锐地感到这项新技术的应用,将会对中国航空焊接制造的领先发展有推动作用。顿时兴奋起来,落后的中国航空工业焊接技术也许可以从这里起步,作为开展科研的方向。回国后,他的想法得到所长郦少安的支持。他不敢张扬,怕别人说他出风头,想成名成家。不久,在参加发动机残骸工艺分析中,他锁定了606所自主设计的新型发动机中研制先进焊接结构的课题:910发动机薄壁机匣熔化极脉冲氩弧焊工艺与设备研究,以自己都没想到的魄力和勇气,组成了所内外从事焊接技术的一批人的研制团队,从焊接控制原理人手,在怎样让电源发出脉冲电流、怎样送熔化极焊丝、怎样设计机械部分、电气部分采用什么元件等展开攻关,在调试中又针对910发动机薄壁机匣焊接变形问题,采用了焊缝滚压新技术。在团队的联合努力下,把625所的焊接技术——熔化极脉冲氩弧焊推向了国内领先地位。
就在关桥对未来充满期待之时,“文革”拉开了序幕。国家黑白颠倒,所内秩序大乱,在设备和工艺还很不理想,技术还不够成熟的情况下,910发动机薄壁机匣熔化极脉冲氩弧焊接的调试工作被迫中断。关桥留苏的背景,也成为“疑似苏修特务”的调查对象。他翻出了保留的与苏联同学的通信和不知利用多少日日夜夜搜集整理出的科研资料,甚至大学毕业证书和学位证书,担心这些东西被造反派抄去,会成为“苏修特务”的有力证据,统统放入火炉烧掉。后来又被下放到所锅炉房劳动改造。 风声渐渐平息之后,在“抓革命,促生产”中,关桥忘掉伤痛,又重新拾起熔化极脉冲氩弧焊设备的调试,把新焊机用于910发动机研制:为了解决航空材料的难焊接,探索研究了结构钢、铝合金以及钛合金的扩散连接焊接:在斯贝发动机的焊接工艺分析中,提出控制外涵道简体上安装座采用“预变形”方案解决焊接变形问题,取得了成功:在受命赴上海参加运10飞机发动机焊接技术攻关中,他和团队设计研制了钨极脉冲氩弧焊设备和薄壁机匣悬空焊接工艺,控制了结构变形和焊接裂纹问题。
尽管焊接专业与关桥是中途偶遇,机遇结缘,但一旦相爱,关桥便从一而终,从未放弃对它的热爱,即使是在下放劳动、身处逆境的情况下,他仍旧没有放弃自己的思考与创造。当然,他也在默默的期待科学的春天能早日到来。
时代创造出累累硕果
1978年,关桥期盼的科学的春天终于来了。十一届三中全会作出决定,把党和国家的工作重心由阶级斗争转移到经济建设上来。从这时起,关桥好像变了一个人,他再也不必夹着尾巴做人,再也不必戴着“疑似苏修特务”帽子诚惶诚恐地工作生活了。
这一年的全国科学大会,关桥和同事们研发的“钨极脉冲氩弧焊及薄壁构件悬空自动焊工艺”项目荣获科技大会奖,但他不满足。这一年他43岁,他眼前充满阳光,他要大干一番,为祖国的焊接事业创造更多的成果。
一直以来,关桥试图努力在传统焊接专业知识与焊接力学之间架设桥梁,把以定性、经验为主发展到定量、精确的分析计算,用计算模型科学地评价与求解工程实际问题。在经常的下厂实践中,关桥渐渐把研究方向瞄准在了“薄壁结构的低应力无变形焊接法”上。在生产现场常常和同事们采用焊缝滚压技术、预变形技术、热处理消除残余应力的方法解决新机研制中的焊接变形难题。但是,关桥清楚,要达到焊接后不变形,也可以不用焊后被动地矫形,可以用主动控制的方法来解决焊接变形。
他通过调研,自行设计制造了焊接过程动态拍摄、记录栅线变形的仪器,实现了用云纹法非接触式测量焊接过程瞬态应变场的愿望。1982年,他从乌克兰巴顿焊接研究所一名专家的文章中了解到,如果先在焊缝两侧建立温度场,焊后残余应力水平就可以降低。于是指导研究生开展“预置温度场控制焊接应力和变形”的试验。试验结果应力水平降低得不理想。经分析,是由于两个温度场叠加后焊接产生瞬态失稳所致。于是,为了保障薄板在焊接过程中不发生瞬态失稳,关桥把工艺装备改成双支点加压,采用这种方式的第一块焊后无变形试件就这样试验成功了。为了把这项成果尽快转化为现实的生产力,他一方面指导研究生以设备为载体,为涡喷7、涡喷13发动机机匣焊接生产线研制先进的装备:另一方面,积极与航天部联系,主动请求把低应力无变形焊接新技术用于“长三甲”运载火箭,以解决正在研制的“长三甲”运载火箭燃料储箱焊接变形的难题。出于对这位航空特种焊接技术专家声誉的信赖,航天部接受了关桥的请求,下达攻关课题项目。经过关桥和同事们采用新方案长达8年的攻关,长期存在的运载火箭储箱筒段焊接变形超差难题终于克服了,“长三甲”运载火箭被成功送上蓝天。
关桥把预置温度场控制的低应力无变形焊接定义为“静态控制”焊接。1990年他又进一步指导研究生用“热源一热沉”相匹配的多源“动态”控制方法,来解决焊接中不协调应变产生,把无变形焊接用于复杂、空间曲线焊缝多样性的操作,为焊接力学的发展和工程应用展现了新的前景。1987年,关桥受到邀请,以英国皇家学会对华研究员奖学金高级学者身份,带着这项成果赴英国焊接研究所进行了为期一年的合作研究。不仅把625所低应力无变形焊接技术推向了国际,使世界领教了中国人的聪明才智:同时,以北京航空工艺研究所和英国焊接研究所的名义把这项技术向欧洲专利局申报了国际专利,与国际焊接界搭建了交流的桥梁和舞台。这项技术先后获得航空科技进步一等奖和航天科技进步一等奖,1995年度国家发明二等奖。1994年,关桥当选为中国工程院首批院士。1992年获航空工业最高奖“航空金奖”:1998年获“何梁何利基金技术科学奖”。
1979年,关桥被任命为研究室主任,他把研究室定义为“航空特种焊接工艺研究室”,努力在其领域缔造出先进飞行器及其动力装置设计、制造所特需的和关键的焊接/连接技术体系。
1980年,在参加美国焊接学会第61届年会上,钛合金超塑成形/扩散连接新技术引起关桥的极大关注。于是回国后立即部署了这项技术的研究,陆续研制出了一批装备,在歼8飞机的典型构件上进行了工程化应用。如今其制造的产品已经在航空航天领域发挥了巨大作用。
1992年在随中国航空发动机工艺代表团访问俄罗斯中,关桥在母校参观到一种真空电弧焊技术。很快把从事这项研究的他的老同学杨波里斯基教授请到625所讲学,设计开发出一台新型的工程化应用设备提供给了空军修理厂使用,在中国迈出了空心阴极真空电弧焊技术应用的步伐。
20世纪90年代,英国焊接研究所开发出了搅拌摩擦焊,对传统熔焊制造工艺带来革命性变革。关桥了解到这项崭新绿色固态焊接技术后,急于部署开展搅拌摩擦焊预先研究。
关桥还通过把德国电子束焊发明人施泰格瓦尔德博士和日本高能束焊接专家荒田吉明等国外著名专家请来做顾问教授和指导工作的方式,在625所原有激光束、电子束、离子束加工技术的基础上,促进国防科工委论证立项,建立了“高能束流加工技术”国防科技重点实验室。与中科院和清华大学合作培养了专攻高能束流加工的超常热物理问题的三个博士生。使之成为国防工业武器装备和国民经济建设的一大技术推动力。
在他的精心栽培与辛勤哺育下,625所的焊接专业从建所时热加工研究室里的一个焊接小组已成长为一棵叶茂枝繁、果实累累的参天大树。
走向世界的舞台与培养人才的园丁
2006年,将于当年8月在加拿大召开的国际焊接学会第59次年会,在此之前给中国焊接学会发来函件,征集为国际焊接事业做出过贡献的各国专家,准备颁发“贡献证书”和纪念章。据中国焊接学会秘书处统计,参加过国际焊接年会10次以上并有资格接受这份荣誉的中国专家仅关桥一人。 自从关桥1964年第一次参加国际焊接年会,他就被这个国际学术组织的广泛性、权威性与前瞻性所吸引。他从了解国际学术前沿动态、新技术新理论的发展,到转向主动宣传自己的科研成果,动员和组织中国焊接学会与国际焊接十几个专业委员会的对口交流,为推动中国焊接科技走向世界作出了贡献。在关桥心目中,受到普遍尊重和公认的最具权威的焊接科学研究机构,除了乌克兰的巴顿焊接研究所外,就要数英国焊接研究所了。这两个号称“世界材料连接技术中心”的研究所,恰恰又都是关桥用625所实力与之合作、取长补短、互利共赢的伙伴。2004年,他获得了“英国焊接研究所布鲁克奖章”,2010年获得了乌克兰总统签发的“三级功勋勋章”。1994年,在关桥担任中国焊接学会理事长、国际焊接学会副主席期间,他在北京主持了国际焊接学会第47届年会。这次会议是近10年国际焊接学会参加人数最多的一次,会议举办的质量受到国际焊接学会的好评。
为了使航空特种焊接后继有人,充满生机,关桥从改革开放初期开始就着手焊接人才的培养。他说服领导,经过努力争取到625所成为航空工业系统培养硕士资格的第一批授权单位。关桥对所带研究生的论文选题要求很严,既要结合625所的现实,又要考虑国内外在相应领域的前沿动态,从而使论文都有较好较高的水平。
关桥也是北京航空航天大学的博士生导师。1999年625所“动态控制的低应力无变形焊接技术”立项,从事这项工作的人去了美国,项目面临搁浅。后来关桥通过北京工业大学史耀武教授输送来的懂数值分析、掌握计算机软件应用的博士生李菊,来从事钛合金低应力无变形焊接过程机理论文课题的研究。经过关桥的悉心培养和指导,李菊终于完成了论文答辩。由于专业所限,这篇论文并没有引起更多评委的关注,但关桥看好这篇论文,把它提交给了国际焊接学会参加评审。李菊的论文最终荣获了国际焊接学会特意为优秀博士论文设立的“格兰让”奖。关桥以对学生的爱和对他们倾注的全面发展的期盼,来培养自己事业的后继者,如今他所带出的20多个硕士生、博士生都能独立承担课题研究,有的已成为625所的焊接专家,有的走上了领导岗位。
从莫斯科大学接见,聆听毛主席的亲切教诲至今,55年过去了,当年那批英气勃发,风华正茂的青年留学生,已经到了耄耋之年,为了祖国的繁荣与复兴,关桥没有辜负毛主席的殷殷期望和嘱托,以自己的青春和热血,尽显时代风流,向祖国和人民交出了一份满意的答卷。道路无止境,事业未穷期,关桥培养的一批批后继者,正以航空特种焊接事业为己任,沿着前辈人开拓的道路,在航空报国的道路上,迈出无愧于前人的步伐。