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国产焊接电源哑火机器人水下作业有心无力

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来源: 作者: 2019-04-05 22:01:56

亟待攻克的核心技术

我国是海洋大国,具有300多万平方公里海域,正在大力发展高端海洋资源开发和海洋维权设备。海里的装备一旦出现开裂等故障,需要用有工业制造“缝纫机”之称的焊接设备修补。

深海焊接的实现靠水下机器人。而我国水下机器人焊接技术一直难以提升,缘由是高端焊接电源技术受制于人。

水下焊接电源是关键

“埋在深海里的油管有可能因船只冲撞,或核电站乏燃料池因地震等原因,引发开裂、破口等事故,需要立刻焊接维修,这时候就得靠水下机器人出马,进行水下焊接。”华南理工大学机械与汽车工程学院王振民教授介绍,“水下焊接工艺质量优劣直接影响到大型设备的服役性能。”

水下机器人,顾名思义是能在不同水深中进行多种作业的机器人。海洋岛礁建造、海上油气田、水坝建设、大型船舰修复、核泄漏事故应急水下修补、军事海防工程等,它都能应付自如。“人不敢去的地方它都敢去。”王振民说。

水下机器人焊接质量的好坏,受制于多种技术,其中最为关键的是焊接电源。“焊接电源为焊接电弧提供能量,焊接时电弧稳定燃烧是基本要求。”王振民说。

水火不相容,恰恰水下焊接就是要在水中通过“火”来完成的。由于焊接区域周边一直处于水的强冷状态,待焊接工件的表面也有水,在焊接电弧的引弧和燃弧进程中,电弧易熄灭,融化金属难以流动扩大,严重影响到水下焊接时电弧稳定性。王振民表示,电弧稳定性主要取决于焊接电源的电特性及其动态调控能力。

然而,目前我国水下机器人焊接领域普遍使用陆上通用型(常压环境)弧焊电源,或在此基础上进行结构微调,对水下专用焊接电源的研究非常少,缺少高性能的水下焊接电源,严重制约了水下机器人焊接质量的提升。

高端焊接电源基本被国外垄断

虽然我国是全球最大焊接电源制造基地,年产能已超1000万台套,但高端焊接电源基本上仍被国外垄断。“国外焊接电源全数字化控制技术已相对成熟, 国内的仍以摹拟控制技术为主。”王振民说。

由于国产电源不给力,水下机器人焊接技术一直难以得到提升。“弧焊工艺控制的智能化程度偏低,国内对焊接基础研究投入不足,工艺积累有限,导致产品除价格外,与进口产品相比不具有竞争优势。”王振民指出,国产焊接电源络化自动化水平较低,致使各个自动化焊接部件信息量的传递十分有限,难以实现复杂焊接工艺的协同调控。

“北欧的海洋开采非常早,储备了相当多的焊接技术,具有深海水下焊接设备。而我国开采海洋平台深度比较浅,技术处于发展阶段。”华南理工大学机械与汽车工程学院教授石永华指出,“他们有在水深1千米以下海域进行焊接的能力,而我们没有。”

现在只有国外一两家企业完全掌握水下机器人焊接技术。我国只能向国外购买,不但价格贵,后期保护本钱也极其高昂,同时还要被严格审核使用领域、范围。

“国外技术人员来检验深海石油管道,在出现问题的地方画个圈圈,几百万乃至上千万元人民币就没了。”王振民说。

技术虽有突破 却难以产业化

华南理工大学是我国最早展开现代逆变式焊接电源设备技术的单位,近年来,他们研发了逆变频率可高达200kHz的新一代大功率逆变式焊接电源,逆变频率的提高意味着对焊接电弧和熔滴过渡行动的控制将更为精确。

与国外现有频率20kHz的工业级焊接电源相比,虽技术有了较大突破,但王振民却高兴不起来,他说:“产业化还有很长的路要走。”

专业焊接人材极为匮乏是重要缘由。王振民认为,一方面,研究此领域难以发论文,很多人都转研究方向了;另一方面,焊接电源触及多学科领域,其控制方法与实际的焊接工艺进程密切相干,有较高的技术门坎,研究和运用都需要长时间积累,但近10多年,国内很多高校的焊接专业已被取消,用人单位对焊接的重视程度也不够,待遇差,致使了人材储备远远不足。

此外,“我国焊接设备产业原有机械部定点的30多个国有厂家,多半已处于破产、倒闭或者关停状态,但目前市场上唱主角的均为改革开放以后成长起来的900多家合资企业和民营企业,而其中绝大部分民营企业几乎没有研发能力。”王振民建议,应逐渐完善以市场为导向、政产学研用相结合的技术创新体系。

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