中国机器人水下作业的短板：焊接电源

 是什么卡了我们的脖子——

国产焊接电源“哑火”，机器人水下作业有心无力

亟待攻克的核心技术

我国是海洋大国，拥有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装备。海里的设备一旦出现开裂等故障，需要用有工业制造“缝纫机”之称的焊接装备修补。

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,原因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，或者核电站乏燃料池因地震等原因，引起开裂、破口等事故，需要立刻焊接维修，这时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装备的服役性能。”

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、核泄露事故应急水下修补、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，偏偏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过程中，电弧易熄灭，熔化金属难以流动扩展，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，缺乏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, 国内的仍以模拟控制技术为主。”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，国产焊接电源网络化自动化水平较低，导致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，拥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，“他们有在水深一千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，不仅价格贵，后期维护成本也极其高昂，同时还要被严格审核使用领域、范围。

“国外技术人员来检修深海石油管道，在出现问题的地方画个圈圈，几百万甚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开展现代逆变式焊接电源装备技术的单位，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以及熔滴过渡行为的控制将更为精确。

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。”

专业焊接人才极其匮乏是重要原因。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，焊接电源涉及多学科领域，其控制方法与实际的焊接工艺过程密切相关，有较高的技术门槛，研究和应用都需要长时间积累，但近十多年，国内不少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，导致了人才储备远远不足。

此外，“我国焊接装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，应逐步完善以市场为导向、政产学研用相结合的技术创新体系。