因具有抗震性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、節(jié)能性等特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、船舶、工程機(jī)械、核電、鐵路等行業(yè)?？梢哉f，鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量決定著以上各行業(yè)質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)的智能高效焊接有利于以上各行業(yè)提質(zhì)增效。

《鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)“十四五”規(guī)劃及2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)》提到，到2025年底，我國鋼結(jié)構(gòu)用量達(dá)到1.4億噸左右，鋼結(jié)構(gòu)建筑占新建建筑面積比例達(dá)到15%以上。到2035年，我國鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家水平，鋼結(jié)構(gòu)用量達(dá)到每年2.0億噸以上，鋼結(jié)構(gòu)建筑占新建建筑面積比例逐步達(dá)到40%，基本實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)智能建造。焊接作為工業(yè)“裁縫”，將各種鋼結(jié)構(gòu)裁剪拼接成可用構(gòu)件，傳統(tǒng)焊接以人工焊為主，若按人均鋼材加工能力：400t/人·年，2025需要35萬焊工；2035年則需要50萬焊工。

隨著我國社會老齡化、勞動力資源短缺和勞動力成本的加深，鋼構(gòu)件工廠迫切需要自動化設(shè)備來取代從事重復(fù)工作的勞動者；隨著社會分工的細(xì)化和行業(yè)集中度的增加，鋼結(jié)構(gòu)工廠的門檻在不斷提高，數(shù)字化和自動化生產(chǎn)已成為主流。

在5月17~19日，由機(jī)械工業(yè)信息研究院金屬加工雜志社、武漢鋼鐵集團(tuán)軋輥有限公司、武漢一冶鋼結(jié)構(gòu)有限責(zé)任公司和中核集團(tuán)高效智能化焊接重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位承辦的“2023鋼結(jié)構(gòu)智能高效焊接技術(shù)交流會”上，來自鋼結(jié)構(gòu)制造和應(yīng)用企業(yè)與機(jī)器人企業(yè)以及行業(yè)專家近300余人參會，并有來自協(xié)會、企業(yè)和高校的22位嘉賓針對行業(yè)痛點(diǎn)技術(shù)，進(jìn)行演講探討。從交流情況來看，讓我們更清楚了機(jī)器人在鋼結(jié)構(gòu)智能高效焊接中的應(yīng)用需求與發(fā)展趨勢。 ? | 鋼結(jié)構(gòu)焊接發(fā)展趨勢：數(shù)字化、自動化和智能化

中國工程建設(shè)焊接協(xié)會常務(wù)副會長、教授級高級工程師劉景鳳在國家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下要求推動鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝向綠色化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。具體表現(xiàn)為：以焊接機(jī)器人、智能焊接和綠色化焊接技術(shù)等為代表的先進(jìn)焊接工藝技術(shù)、以數(shù)字化與綠色化推動傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)高端化、智能化、綠色化，推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)創(chuàng)新發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效，推進(jìn)制造強(qiáng)國建設(shè)。應(yīng)提倡精益制造，加大推廣自動化、智能化焊接技術(shù)應(yīng)用，加大技術(shù)創(chuàng)新力度，開發(fā)適合結(jié)構(gòu)鋼鋼材焊接性要求和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)的焊接新技術(shù)，提高機(jī)器人焊接應(yīng)用比例，日本全國鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)協(xié)會會員單位焊接機(jī)器人引入比例達(dá)到了65%。

中國工程建設(shè)焊接協(xié)會常務(wù)副會長、教授級高級工程師 劉景鳳

近年來，我國建筑、船舶、核電、橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接等行業(yè)進(jìn)行了智能制造的探索與實(shí)踐，表現(xiàn)為設(shè)備智能化、產(chǎn)線自動化、工廠智慧化。其中，機(jī)器人被認(rèn)為是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵技術(shù)與競爭焦點(diǎn)。

建筑行業(yè)

對于建筑鋼結(jié)構(gòu)而言，來自中建四局鋼結(jié)構(gòu)工程事業(yè)部副總經(jīng)理、教授級高級工程師劉曉斌介紹建筑鋼結(jié)構(gòu)加工廠與施工現(xiàn)場的自動化現(xiàn)狀有：工廠的工裝設(shè)備條件比施工現(xiàn)場要好得多，焊接作業(yè)的自動化（或半自動化）程度要高很多；工廠的實(shí)際情況是大多數(shù)以自動化（或半自動化）埋弧焊為主，輔以部分手工焊接作業(yè)；鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場仍然以手工焊接作業(yè)為主，輔以部分自動焊或半自動焊作業(yè)。

隨著住房需求和不斷深化的基建，建筑鋼結(jié)構(gòu)在我國獲得突飛猛進(jìn)發(fā)展，為了與鋼結(jié)構(gòu)大國的能力相匹配，應(yīng)大力促進(jìn)焊接技術(shù)和焊接裝備自動化的發(fā)展，提高我國鋼結(jié)構(gòu)建造的質(zhì)量和效率。焊接機(jī)器人是數(shù)字化焊接技術(shù)的重要核心組成部分，是整個集成系統(tǒng)的最終執(zhí)行元件。

現(xiàn)有焊接機(jī)器人的優(yōu)勢：無論是小車式的，還是機(jī)械臂式的，都可很大程度地減輕工人勞動強(qiáng)度；焊接質(zhì)量基本上都能穩(wěn)定（只要輸入的條件穩(wěn)定，輸出的質(zhì)量就沒問題）；焊接速度能加快，生產(chǎn)效率明顯提高。

不足之處：面對施工現(xiàn)場復(fù)雜多變的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)工況，全方位的適應(yīng)性還需大大改進(jìn)；對厚鋼板的焊縫剖口的感知和識別，以及多層多道焊的編程有待于進(jìn)一步攻克瓶頸（目前很多機(jī)械臂焊角焊縫很成功，但遇到深剖口的厚板焊接有待于積累更多的成功經(jīng)驗(yàn)）。焊接機(jī)器人的使用，存在焊前準(zhǔn)備時間長、無法自動避開連接板等障礙、對剖口質(zhì)量和安裝精度要求高等問題。

船舶行業(yè)

對于船舶行業(yè)而言，來自武船重型工程股份有限公司副總工程師張華談到，焊接工時約占鋼橋制造總工時的60%~70%，焊接高效化可有效縮短產(chǎn)品制造周期，降低制造成本；先進(jìn)的焊接材料、焊接設(shè)備、焊接工藝是焊接高效化的有效手段；鋼橋產(chǎn)品的工廠化加工、標(biāo)準(zhǔn)化制作是焊接高效化的重要條件。

傳統(tǒng)的鋼橋焊接制造以人工焊接為主，生產(chǎn)效率低；受人為因素影響，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性差；高技能人才招工難；進(jìn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，實(shí)現(xiàn)焊接自動化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、解決勞動力短缺問題的有效途徑。

經(jīng)過多年發(fā)展，機(jī)器人焊接技術(shù)在鋼箱梁制造中得到了全方位的應(yīng)用。在板單元焊接中較為成熟，在節(jié)段拼裝焊接中的適應(yīng)性有待進(jìn)一步提高。武船重工板單元智能化焊接技術(shù)應(yīng)用：橫隔板機(jī)器人、橫肋板機(jī)器人、面板立體單元機(jī)器人。

核電行業(yè)

對于核電行業(yè)而言，來自中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司設(shè)計公司總工程師馮英超介紹到，核電、航天、石油化工、民用建筑等工程建設(shè)中有大量鋼結(jié)構(gòu)焊接任務(wù)，鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)是各工程現(xiàn)場建安施工的關(guān)鍵技術(shù)方法，鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量對重大工程建造和長期運(yùn)行具有關(guān)鍵性作用，鋼結(jié)構(gòu)焊接周期直接影響工程的整體施工周期。

太平嶺核電等形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化焊接應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)任務(wù)在線管理、焊材自動發(fā)放回收、焊接數(shù)據(jù)實(shí)時采集及智能控制、焊接全流程數(shù)據(jù)統(tǒng)一可視化呈現(xiàn)。該技術(shù)可遷移至各鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)行業(yè)，并進(jìn)行定制開發(fā)應(yīng)用。但同時也要思考一些與多品牌設(shè)備通訊銜接的問題，數(shù)據(jù)安全性的問題，數(shù)據(jù)深加工為智能化焊接提供數(shù)據(jù)支撐、數(shù)據(jù)賦能、輔助生產(chǎn)的問題等。

橋梁行業(yè)

對于橋梁行業(yè)而言，來自中鐵寶橋集團(tuán)有限公司專家、焊接專業(yè)帶頭人張劍峰介紹了U肋+面板焊接相關(guān)內(nèi)容以及板單元矯形技術(shù)和智能生產(chǎn)線，中鐵寶橋通過集成實(shí)施信息化系統(tǒng)以及先進(jìn)的智能生產(chǎn)設(shè)備群，基本建成了上下聯(lián)通、業(yè)務(wù)閉環(huán)、典型覆蓋的板單元智能制造生產(chǎn)線，其中，龍門式U肋多頭組裝機(jī)具備U肋卡緊定位功能，可同時采用兩條焊接機(jī)器人進(jìn)行定位焊。

通過該公司深中通道鋼箱梁等項(xiàng)目的實(shí)施，驗(yàn)證了鋼箱梁智能生產(chǎn)線，U肋板單元焊接及矯形等關(guān)鍵技術(shù)全面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。該生產(chǎn)線為智能制造打下了堅實(shí)基礎(chǔ)，提升了鋼橋梁制造品質(zhì)，在行業(yè)內(nèi)具有示范作用。

|?現(xiàn)場對接，機(jī)器人助力鋼結(jié)構(gòu)智能高效焊接

2023政府工作報告明確指出我國要“扎實(shí)推進(jìn)中國式現(xiàn)代化”“促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級”“加快建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系”，為推進(jìn)機(jī)械工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展指明了方向，機(jī)器人被認(rèn)為是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵技術(shù)與競爭焦點(diǎn)，因此，打通鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用企業(yè)與智能焊接企業(yè)之間的溝通渠道至關(guān)重要。在本次會議期間，有數(shù)十家機(jī)器人企業(yè)參加，針對建筑、橋梁、船舶、工程機(jī)械、核電、鐵路等行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)高效焊接提出了具體解決方案。會議期間，不少的機(jī)器人企業(yè)直接跟鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用企業(yè)達(dá)成合作意向，充分地說明機(jī)器人在賦能鋼結(jié)構(gòu)高效焊接方面的重要作用。

鋼結(jié)構(gòu)焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀究竟如何？針對這一問題，來自北京石油化工學(xué)院副教授羅雨介紹了鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝焊接機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢，羅教授在報告中列舉了眾多鋼結(jié)構(gòu)機(jī)器人焊接的應(yīng)用案例，總結(jié)出通過機(jī)器人、專機(jī)的組合，可使用最大的焊接電流焊接，實(shí)現(xiàn)高精度的焊縫。與鋼結(jié)構(gòu)工廠預(yù)制機(jī)器人焊接相比，鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝焊接機(jī)器人工作環(huán)境差、工況復(fù)雜，應(yīng)針對現(xiàn)場工況，研發(fā)各種體積小巧、質(zhì)量輕、安裝方便、操控簡單的模塊化便捷式移動機(jī)器人。新型高效焊接工藝及焊接自動化裝備應(yīng)用研究，可以推進(jìn)高效焊接工藝的應(yīng)用。

從會議現(xiàn)場情況來看，各機(jī)器人企業(yè)紛紛展示自家特色產(chǎn)品。

中集飛秒（上海）機(jī)器人科技有限公司研發(fā)總監(jiān)張兆彪介紹了中集飛秒FESINWELD免示教多層多道智能焊接系統(tǒng)。采用了自主開發(fā)3D內(nèi)核，強(qiáng)大三維引擎可導(dǎo)入STP、IGS、STL等格式，可視化操作復(fù)雜構(gòu)件焊接，三維動畫操作式交互體驗(yàn)，一個普工通過操作電腦控制2~3臺智能焊接工作站，真正意義實(shí)現(xiàn)工作站群控，一人頂替多人，減少了成本，提高了工作效率。

蕪湖行健智能機(jī)器人有限公司副總經(jīng)理王大江介紹了行健機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn)，自主研發(fā)復(fù)合視覺、Al、工藝深度積累。王經(jīng)理總結(jié)到，檢驗(yàn)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)焊接設(shè)備價值的唯一標(biāo)準(zhǔn)是高質(zhì)量、高效率。2019年，該公司智能產(chǎn)品運(yùn)用到了江南造船廠，實(shí)現(xiàn)了吊馬自動焊接機(jī)器人工作站，綜合AI+視覺+工藝深度積累打造高度智能化，是當(dāng)時船舶行業(yè)最先進(jìn)的吊馬生產(chǎn)線。

深圳市智流形機(jī)器人技術(shù)有限公司智能焊接產(chǎn)品線總監(jiān)商大偉談到，建筑鋼結(jié)構(gòu)作為一種低碳環(huán)保的建筑類型，需求量不斷攀升。焊接是鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過程中耗時最長的一道工序，目前依舊是人工為主。目前年輕人普遍不想從事焊接這一類的高強(qiáng)度體力勞動，未來十年焊工將有很大的人才缺口。他提出了云網(wǎng)邊端智能焊接方案，云焊接專家系統(tǒng)提供知識模型到離線編程機(jī)器人接到指令，上傳實(shí)時數(shù)據(jù)再給到焊接系統(tǒng)，商總監(jiān)介紹了智流形的核心優(yōu)勢，控制、軟件以及算法，同時持續(xù)探索更高效的焊接技術(shù)，讓他們的焊接系統(tǒng)發(fā)揮出更出色的水平，為鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級貢獻(xiàn)一份力量。

通過本次會議，我們深入了解了鋼結(jié)構(gòu)焊接的技術(shù)走向、鋼結(jié)構(gòu)智能高效焊接的技術(shù)的難點(diǎn)，數(shù)字化、自動化、智能化對于鋼結(jié)構(gòu)焊接的重要意義，以及工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人在助力鋼結(jié)構(gòu)智能高效焊接中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。未來，我們將持續(xù)關(guān)注行業(yè)發(fā)展，并進(jìn)一步搭建交流平臺、探討相關(guān)問題，共同促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的高效、智能焊接。

編輯：黃飛