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)。可以說(shuō)，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(guó)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(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)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(wàn)焊工；2035年則需要50萬(wàn)焊工。

隨著我國(guó)社會(huì)老齡化、勞動(dòng)力資源短缺和勞動(dòng)力成本的加深，鋼構(gòu)件工廠(chǎng)迫切需要自動(dòng)化設(shè)備來(lái)取代從事重復(fù)工作的勞動(dòng)者；隨著社會(huì)分工的細(xì)化和行業(yè)集中度的增加，鋼結(jié)構(gòu)工廠(chǎng)的門(mén)檻在不斷提高，數(shù)字化和自動(dòng)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(huì)”上，來(lái)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(zhuān)家近300余人參會(huì)，并有來(lái)自協(xié)會(huì)、企業(yè)和高校的22位嘉賓針對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)技術(shù)，進(jìn)行演講探討。從交流情況來(lái)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(shì)。 ? | 鋼結(jié)構(gòu)焊接發(fā)展趨勢(shì)：數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化

中國(guó)工程建設(shè)焊接協(xié)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)、教授級(jí)高級(jí)工程師劉景鳳在國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下要求推動(dòng)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(dòng)傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，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(jí)、提質(zhì)增效，推進(jìn)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)。應(yīng)提倡精益制造，加大推廣自動(dòng)化、智能化焊接技術(shù)應(yīng)用，加大技術(shù)創(chuàng)新力度，開(kāi)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(guó)鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)員單位焊接機(jī)器人引入比例達(dá)到了65%。

中國(guó)工程建設(shè)焊接協(xié)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)、教授級(jí)高級(jí)工程師 劉景鳳

近年來(lái)，我國(guó)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(xiàn)自動(dòng)化、工廠(chǎng)智慧化。其中，機(jī)器人被認(rèn)為是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)與競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。

建筑行業(yè)

對(duì)于建筑鋼結(jié)構(gòu)而言，來(lái)自中建四局鋼結(jié)構(gòu)工程事業(yè)部副總經(jīng)理、教授級(jí)高級(jí)工程師劉曉斌介紹建筑鋼結(jié)構(gòu)加工廠(chǎng)與施工現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化現(xiàn)狀有：工廠(chǎng)的工裝設(shè)備條件比施工現(xiàn)場(chǎng)要好得多，焊接作業(yè)的自動(dòng)化（或半自動(dòng)化）程度要高很多；工廠(chǎng)的實(shí)際情況是大多數(shù)以自動(dòng)化（或半自動(dòng)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(chǎng)仍然以手工焊接作業(yè)為主，輔以部分自動(dòng)焊或半自動(dòng)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(guó)獲得突飛猛進(jìn)發(fā)展，為了與鋼結(jié)構(gòu)大國(guó)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(dòng)化的發(fā)展，提高我國(guó)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(gè)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(shì)：無(wú)論是小車(chē)式的，還是機(jī)械臂式的，都可很大程度地減輕工人勞動(dòng)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(méi)問(wèn)題）；焊接速度能加快，生產(chǎn)效率明顯提高。

不足之處：面對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)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(duì)厚鋼板的焊縫剖口的感知和識(shí)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(shí)間長(zhǎng)、無(wú)法自動(dòng)避開(kāi)連接板等障礙、對(duì)剖口質(zhì)量和安裝精度要求高等問(wèn)題。

船舶行業(yè)

對(duì)于船舶行業(yè)而言，來(lái)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(shí)約占鋼橋制造總工時(shí)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(chǎng)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(jí)，實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、解決勞動(dòng)力短缺問(wèn)題的有效途徑。

經(jīng)過(guò)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(duì)于核電行業(yè)而言，來(lái)自中國(guó)核工業(yè)二三建設(shè)有限公司設(shè)計(jì)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(chǎng)建安施工的關(guān)鍵技術(shù)方法，鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量對(duì)重大工程建造和長(zhǎng)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(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)任務(wù)在線(xiàn)管理、焊材自動(dòng)發(fā)放回收、焊接數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)應(yīng)用。但同時(shí)也要思考一些與多品牌設(shè)備通訊銜接的問(wèn)題，數(shù)據(jù)安全性的問(wèn)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(wèn)題等。

橋梁行業(yè)

對(duì)于橋梁行業(yè)而言，來(lái)自中鐵寶橋集團(tuán)有限公司專(zhuān)家、焊接專(zhuān)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(xiàn)，中鐵寶橋通過(guò)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(xiàn)，其中，龍門(mén)式U肋多頭組裝機(jī)具備U肋卡緊定位功能，可同時(shí)采用兩條焊接機(jī)器人進(jìn)行定位焊。

通過(guò)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(xiàn)，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(xiàn)為智能制造打下了堅(jiān)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(chǎng)對(duì)接，機(jī)器人助力鋼結(jié)構(gòu)智能高效焊接

2023政府工作報(bào)告明確指出我國(guó)要“扎實(shí)推進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化”“促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級(jí)”“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(jí)的關(guān)鍵技術(shù)與競(jìng)爭(zhēng)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(huì)議期間，有數(shù)十家機(jī)器人企業(yè)參加，針對(duì)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(huì)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(shuō)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(duì)這一問(wèn)題，來(lái)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(chǎng)安裝焊接機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)，羅教授在報(bào)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(guò)機(jī)器人、專(zhuān)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(chǎng)預(yù)制機(jī)器人焊接相比，鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接機(jī)器人工作環(huán)境差、工況復(fù)雜，應(yīng)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況，研發(fā)各種體積小巧、質(zhì)量輕、安裝方便、操控簡(jiǎn)單的模塊化便捷式移動(dòng)機(jī)器人。新型高效焊接工藝及焊接自動(dòng)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(huì)議現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)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(kāi)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(dòng)畫(huà)操作式交互體驗(yàn)，一個(gè)普工通過(guò)操作電腦控制2~3臺(tái)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(jué)、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(jià)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(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了吊馬自動(dòng)焊接機(jī)器人工作站，綜合AI+視覺(jué)+工藝深度積累打造高度智能化，是當(dāng)時(shí)船舶行業(yè)最先進(jìn)的吊馬生產(chǎn)線(xiàn)。

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(xiàn)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(lèi)型，需求量不斷攀升。焊接是鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程中耗時(shí)最長(zhǎng)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(lèi)的高強(qiáng)度體力勞動(dòng)，未來(lái)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(zhuān)家系統(tǒng)提供知識(shí)模型到離線(xiàn)編程機(jī)器人接到指令，上傳實(shí)時(shí)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(shì)，控制、軟件以及算法，同時(shí)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(jí)貢獻(xiàn)一份力量。

通過(guò)本次會(huì)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(dòng)化、智能化對(duì)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(shì)。未來(lái)，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(tái)、探討相關(guān)問(wèn)題，共同促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的高效、智能焊接。

編輯：黃飛