深海焊接的實現(xiàn)靠水下機器人。而我國水下機器人焊接技術(shù)一直難以提升,原因是高端焊接電源技術(shù)受制于人。
水下焊接電源是關(guān)鍵
“埋在深海里的油管有可能因船只沖撞，或者核電站乏燃料池因地震等原因，引起開裂、破口等事故，需要立刻焊接維修，這時就得靠水下機器人出馬，進行水下焊接。”華南理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院王振民教授介紹，“水下焊接工藝質(zhì)量優(yōu)劣直接影響到大型裝備的服役性能。”
水下機器人，顧名思義是能在不同水深中進行多種作業(yè)的機器人。海洋島礁建造、海上油氣田、水壩建設(shè)、大型船艦修復(fù)、核泄露事故應(yīng)急水下修補、軍事海防工程等，它都能應(yīng)付自如。“人不敢去的地方它都敢去。”王振民說。
水下機器人焊接質(zhì)量的好壞，受制于多種技術(shù)，其中最為關(guān)鍵的是焊接電源。“焊接電源為焊接電弧提供能量，焊接時電弧穩(wěn)定燃燒是基本要求。”王振民說。
水火不相容，偏偏水下焊接就是要在水中通過“火”來完成的。由于焊接區(qū)域周邊一直處于水的強冷狀態(tài)，待焊接工件的表面也有水，在焊接電弧的引弧和燃弧過程中，電弧易熄滅，熔化金屬難以流動擴展，嚴(yán)重影響到水下焊接時電弧穩(wěn)定性。王振民表示，電弧穩(wěn)定性主要取決于焊接電源的電特性及其動態(tài)調(diào)控能力。
然而，目前我國水下機器人焊接領(lǐng)域普遍使用陸上通用型(常壓環(huán)境)弧焊電源，或在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)微調(diào)，對水下專用焊接電源的研究非常少，缺乏高性能的水下焊接電源，嚴(yán)重制約了水下機器人焊接質(zhì)量的提升。
高端焊接電源基本被國外壟斷
雖然我國是全球最大焊接電源制造基地，年產(chǎn)能已超1000萬臺套，但高端焊接電源基本上仍被國外壟斷。“國外焊接電源全數(shù)字化控制技術(shù)已相對成熟, 國內(nèi)的仍以模擬控制技術(shù)為主。”王振民說。
由于國產(chǎn)電源不給力，水下機器人焊接技術(shù)一直難以得到提升。“弧焊工藝控制的智能化程度偏低，國內(nèi)對焊接基礎(chǔ)研究投入不足，工藝積累有限，導(dǎo)致產(chǎn)品除價格外，與進口產(chǎn)品相比不具有競爭優(yōu)勢。”王振民指出，國產(chǎn)焊接電源網(wǎng)絡(luò)化自動化水平較低，導(dǎo)致各個自動化焊接部件信息量的傳遞十分有限，難以實現(xiàn)復(fù)雜焊接工藝的協(xié)同調(diào)控。
“北歐的海洋開采非常早，儲備了相當(dāng)多的焊接技術(shù)，擁有深海水下焊接設(shè)備。而我國開采海洋平臺深度比較淺，技術(shù)處于發(fā)展階段。”華南理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院教授石永華指出，“他們有在水深一千米以下海域進行焊接的能力，而我們沒有。”
現(xiàn)在只有國外一兩家企業(yè)完全掌握水下機器人焊接技術(shù)。我國只能向國外購買，不僅價格貴，后期維護成本也極其高昂，同時還要被嚴(yán)格審核使用領(lǐng)域、范圍。
“國外技術(shù)人員來檢修深海石油管道，在出現(xiàn)問題的地方畫個圈圈，幾百萬甚至上千萬元人民幣就沒了。”王振民說。
技術(shù)雖有突破 卻難以產(chǎn)業(yè)化
華南理工大學(xué)是我國最早開展現(xiàn)代逆變式焊接電源裝備技術(shù)的單位，近年來，他們研發(fā)了逆變頻率可高達200kHz的新一代大功率逆變式焊接電源，逆變頻率的提高意味著對焊接電弧以及熔滴過渡行為的控制將更為精確。
與國外現(xiàn)有頻率20kHz的工業(yè)級焊接電源相比，雖技術(shù)有了較大突破，但王振民卻高興不起來，他說：“產(chǎn)業(yè)化還有很長的路要走。”
專業(yè)焊接人才極其匱乏是重要原因。王振民認(rèn)為，一方面，研究此領(lǐng)域難以發(fā)論文，很多人都轉(zhuǎn)研究方向了;另一方面，焊接電源涉及多學(xué)科領(lǐng)域，其控制方法與實際的焊接工藝過程密切相關(guān)，有較高的技術(shù)門檻，研究和應(yīng)用都需要長時間積累，但近十多年，國內(nèi)不少高校的焊接專業(yè)已被取消，用人單位對焊接的重視程度也不夠，待遇差，導(dǎo)致了人才儲備遠遠不足。
此外，“我國焊接裝備產(chǎn)業(yè)原有機械部定點的30多個國有廠家，多半已處于破產(chǎn)、倒閉或者關(guān)停狀態(tài)，但目前市場上唱主角的均為改革開放以后成長起來的900多家合資企業(yè)和民營企業(yè)，而其中絕大部分民營企業(yè)幾乎沒有研發(fā)能力。”王振民建議，應(yīng)逐步完善以市場為導(dǎo)向、政產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系。
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