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國(guó)產(chǎn)焊接電源“啞火” 機(jī)器人水下作業(yè)有心無(wú)力
我國(guó)是海洋大國(guó)，擁有300多萬(wàn)平方公里海域，正在大力發(fā)展高端海洋資源開(kāi)發(fā)和海洋維權(quán)裝備。海里的設(shè)備一旦出現(xiàn)開(kāi)裂等故障，需要用有工業(yè)制造“縫紉機(jī)”之稱(chēng)的焊接裝備修補(bǔ)。
深海焊接的實(shí)現(xiàn)靠水下機(jī)器人。而我國(guó)水下機(jī)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(kāi)裂、破口等事故，需要立刻焊接維修，這時(shí)就得靠水下機(jī)器人出馬，進(jìn)行水下焊接。”華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院王振民教授介紹，“水下焊接工藝質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響到大型裝備的服役性能。”
水下機(jī)器人，顧名思義是能在不同水深中進(jìn)行多種作業(yè)的機(jī)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(bǔ)、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(shuō)。
水下機(jī)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(shí)電弧穩(wěn)定燃燒是基本要求。”王振民說(shuō)。
水火不相容，偏偏水下焊接就是要在水中通過(guò)“火”來(lái)完成的。由于焊接區(qū)域周邊一直處于水的強(qiáng)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(guò)程中，電弧易熄滅，熔化金屬難以流動(dòng)擴(kuò)展，嚴(yán)重影響到水下焊接時(shí)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(dòng)態(tài)調(diào)控能力。
然而，目前我國(guó)水下機(jī)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(jìn)行結(jié)構(gòu)微調(diào)，對(duì)水下專(zhuān)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(jī)器人焊接質(zhì)量的提升。
高端焊接電源基本被國(guó)外壟斷
雖然我國(guó)是全球最大焊接電源制造基地，年產(chǎn)能已超1000萬(wàn)臺(tái)套，但高端焊接電源基本上仍被國(guó)外壟斷。“國(guó)外焊接電源全數(shù)字化控制技術(shù)已相對(duì)成熟, 國(guó)內(nèi)的仍以模擬控制技術(shù)為主。”王振民說(shuō)。
由于國(guó)產(chǎn)電源不給力，水下機(jī)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(guó)內(nèi)對(duì)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(jià)格外，與進(jìn)口產(chǎn)品相比不具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”王振民指出，國(guó)產(chǎn)焊接電源網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)化水平較低，導(dǎo)致各個(gè)自動(dòng)化焊接部件信息量的傳遞十分有限，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜焊接工藝的協(xié)同調(diào)控。
“北歐的海洋開(kāi)采非常早，儲(chǔ)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(guó)開(kāi)采海洋平臺(tái)深度比較淺，技術(shù)處于發(fā)展階段。”華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)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(jìn)行焊接的能力，而我們沒(méi)有。”
現(xiàn)在只有國(guó)外一兩家企業(yè)完全掌握水下機(jī)器人焊接技術(shù)。我國(guó)只能向國(guó)外購(gòu)買(mǎi)，不僅價(jià)格貴，后期維護(hù)成本也極其高昂，同時(shí)還要被嚴(yán)格審核使用領(lǐng)域、范圍。
“國(guó)外技術(shù)人員來(lái)檢修深海石油管道，在出現(xiàn)問(wèn)題的地方畫(huà)個(gè)圈圈，幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)元人民幣就沒(méi)了。”王振民說(shuō)。
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(guó)最早開(kāi)展現(xiàn)代逆變式焊接電源裝備技術(shù)的單位，近年來(lái)，他們研發(fā)了逆變頻率可高達(dá)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(duì)焊接電弧以及熔滴過(guò)渡行為的控制將更為精確。
與國(guó)外現(xiàn)有頻率20kHz的工業(yè)級(jí)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(lái)，他說(shuō)：“產(chǎn)業(yè)化還有很長(zhǎng)的路要走。”
專(zhuān)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(shí)際的焊接工藝過(guò)程密切相關(guān)，有較高的技術(shù)門(mén)檻，研究和應(yīng)用都需要長(zhǎng)時(shí)間積累，但近十多年，國(guó)內(nèi)不少高校的焊接專(zhuān)業(yè)已被取消，用人單位對(duì)焊接的重視程度也不夠，待遇差，導(dǎo)致了人才儲(chǔ)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。
此外，“我國(guó)焊接裝備產(chǎn)業(yè)原有機(jī)械部定點(diǎn)的30多個(gè)國(guó)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(chǎng)上唱主角的均為改革開(kāi)放以后成長(zhǎng)起來(lái)的900多家合資企業(yè)和民營(yíng)企業(yè)，而其中絕大部分民營(yíng)企業(yè)幾乎沒(méi)有研發(fā)能力。”王振民建議，應(yīng)逐步完善以市場(chǎng)為導(dǎo)向、政產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系。