有人说，激光是这个世界上最快的“刀”。在浙江工业大学激光先进制造研究院院长姚建华及团队手中，这把“刀”因多能场协同作战变身为守护大国重器的“利器”。

在大型发电厂，它让百万千瓦火电机组里上百吨重的转子连续运转40年；在三峡等大型水电站，它让400多吨的水轮机转轮的维修时间缩短至少70%……这些应用场景的背后，正是姚建华团队突破单一激光调控极限的“能场复合”技术，在大国重器里注入了属于中国的“光”。

该团队凭借“大型构件能场复合激光制造关键技术与应用”项目，以第一完成单位和完成人获得2025年度国家科技进步奖二等奖。

姚建华和激光打了近40年交道。早在2012年，他和团队就凭借激光复合表面改性技术首次获得国家科技进步奖二等奖。那一次，他们用激光为汽轮机叶片表面形成一层强化层，就像穿上“铠甲”，解决了叶片抗汽蚀、抗磨损的行业共性难题。

在那次获奖后，上海汽轮机厂带着难题再次找上门来：他们承担着制造国际最先进汽轮机的国家重大任务，其中最重要的是汽轮机转子制造，要让这个重达上百吨的金属部件在高温高压蒸汽中连续稳定运转40年。上海汽轮机厂的工程师们用尽常规技术，都无法破解。

姚建华说，转子要长周期连续稳定运转，表面强化是关键，这就需要用到激光熔覆改性技术。但单一激光有自身的短板：激光把表面金属熔化后，熔体内部会随机产生气泡和微观缺陷。熔池在几百毫秒内就凝固了，这些气泡和缺陷还来不及排出去，就被“冻”在了金属内部，形成气孔和裂纹，反而影响转子的使用寿命。

2013年，姚建华团队提出了一个新设想：在激光加工的同时引入电磁场、超声场、热场等多个能场，通过协同作战突破单一激光的调控极限。其中，光负责加热成型；电磁场产生洛伦兹力，像一只无形的手，在熔池凝固前的几百毫秒内，把气泡和杂质强制“赶”出去；超声场和热场则负责调控晶粒大小、控制变形等。多个能场各司其职，既能重塑金属内部，还能让气泡和缺陷无处遁形。

想法有了，但做起来并不容易。例如电磁场和激光，一个是无形无质的磁场，一个是精密聚焦的光，两者要在同一时间、同一空间协同作用，不是简单叠加就行。磁场的强度、角度、作用时机，任何一个参数产生偏差，都可能导致调控失败。为此，团队花了三年多时间，从理论建模到实验室验证，反复调整磁场发生装置的结构和布局，最终把电磁场模块集成到激光加工头上，实现了两者的同步耦合。

真正的难题还在实验室之外。上百吨的转子无法运进实验室，团队只能把实验室“搬”到工厂去。“在工厂车间里做科研，没有试错的空间，每一次出手都要经得起检验。”姚建华说，2015年，他们在上海汽轮机厂的车间里现场建起生产线，为第一根转子完成了加工。如今，已有200多台火电机组用上了这项技术。

这项新技术的另一个“战场”在水电站。作为世界最大的水利枢纽工程，三峡水电站需要频繁调节发电量，水流忽快忽慢让水轮机叶片承受的冲击力剧烈变化，产生一种叫“汽蚀”的破坏，成为世界公认的难题。更棘手的是，三峡水轮机的一个转轮直径就有10米，重达400多吨。维修只能在水电站现场进行，且停机一天就要少发上千万度电，维修时间越短损失越小。

为了能让技术装备更好地在巨大的水轮机运行现场作业，团队联合企业开发了便携式激光在位修复装备。多年探索下来，转轮维修时间已从原来的15～40天缩短至2～8天，不仅如此，修复后的抗汽蚀性能提高了两倍。这项技术目前已用于三峡水电站、葛洲坝电站和溪洛渡电站等多个水电站的21个机组中。

如今，这项技术已广泛应用于能源、石化等多个行业的上百家企业，处理关键部件数以万计。仅服务于汽轮机行业新增效益超百亿元。与此同时，姚建华团队也在不断精进技术，仅电磁场装置就已更新到第四代，不仅比原来更轻，还能根据现场工况自动匹配参数，不再依赖人工经验。“我们希望把这束光照向更多领域，解决更多实际生产中的问题。”姚建华说。