创新团队｜在产业一线“焊”出智造未来

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科技日报记者 颉满斌

近日，在兰州理工大学，记者见到了一套同轴激光电弧复合增材机器人成套装置。

“这是我们自主研发的设备。相比传统丝极增材设备，它熔敷更快、精密度更高。”兰州理工大学教授石玗介绍，“激光与机器人的完美结合，使智能制造向着更高质量、更高水平发展，带动整个领域的层级跃升。”

这台装置，是兰州理工大学智能焊接团队在智能焊接领域的成果之一。

近年来，团队在智能焊接领域持续深耕，收获颇丰：团队在唐山22万立方米LNG储罐建设项目中，与合作单位创造出一次合格率99.99%的纪录，标志着大型LNG内罐立缝焊接方式由“手工”向机械“自动化”转变，推动了国家LNG储罐关键核心建造技术的进步。近日，由团队领衔研发的智能焊接机器人，在中国能源建设集团（甘肃）工程有限公司兰州新区热电项目部建设现场顺利完成样件测试焊接，并正式投入实际应用。

成立以来，兰州理工大学智能焊接团队用一把“智能焊枪”，将论文写在了祖国的制造一线。

破解LNG储罐智能焊接难题

上世纪90年代起，兰州理工大学就开始涉足研究智能焊接，持续与国外多家一流机构合作，引进最先进的人工智能理论和技术，并自主研发出一批可应用于实践的重要设备。

“中国制造的核心是智能化，而焊接智能化是一个世界性难题。”石玗说，“焊接本质上是一种复杂的制造手段和加工工艺。智能焊接是一个尚未被攻克的技术高地。”

为破解这一难题，石玗带领团队成员苦心钻研。

2021年，团队接到了一个“硬骨头”——与中国海洋石油集团有限公司联合打造全球首套LNG储罐智能化焊接装备。

“在大型LNG储罐的施工现场，焊接环境极为严苛。为确保最终的焊缝质量，在焊接过程中设备必须保持绝对稳定，并能根据实时工况动态调整参数。而我们所承接的任务，正是实现这一目标的核心——智能焊接系统中的工艺控制模型。”团队成员、博士生朱珍文介绍，此前，没有任何一项成熟的技术能够实现大型LNG储罐焊接的自适应控制。

此前，针对大型LNG储罐焊接的环缝焊接坡口问题，石玗曾带领团队开发主动视觉传感检测技术和被动视觉焊缝跟踪系统，并在多次实验后决定将其投入实践。

这些技术首先在福建漳州项目进行了测试。此前，团队对它们信心满满，然而，实验室里的“优等生”到了现场却遭遇“水土不服”。在现场技术测试的首日，团队研发的系统装置，就因为电磁干扰、数据延时等工况因素而频频陷入停摆。“为了解决这些问题，石老师带着我们一起逐项排查故障原因，思考问题解决方案，经常一忙就是一通宵。”朱珍文说，经过3个多月的艰苦奋战，技术成功应用于漳州16万立方米LNG储罐项目中，20多条试焊焊口全部合格，一次合格率达到99.3%，远超预期。

到了唐山22万立方米LNG储罐项目焊接时，这项技术已臻成熟。“焊接工期从一年缩短至三个月，一次合格率达99.99%，创造了全行业最高纪录，关键的低温冲击性能超过国际标准一倍。”石玗介绍。

为机器人装上“眼睛”和“大脑”

在整个智能焊接团队中，王文楷是一名履历“特殊”的成员。他拥有6年的企业工作经历，却于2019年毅然放弃了待遇优渥的职位，考入兰州理工大学材料加工工程专业继续深造，并加入团队。

“焊工需要长时间蹲守作业，这对颈椎、腰椎伤害很大。此外，长期吸入烟尘还容易导致焊工患上尘肺病。这种情况并非个例，而是我国制造业面临的共性问题。”王文楷曾有一名工友四十多岁就患上了尘肺病，终身离不开吸氧和药物治疗。“这件事对我的触动很大，我想用自己的所学改变这种现状。”他说。这也成为他后来深耕智能焊接技术的原始动力。

在科研领域，王文楷如鱼得水。研究生期间，他的专业课成绩始终稳居年级第一。在导师石玗的指导下，他和团队将机器视觉、深度学习等前沿技术引入焊接过程的检测、传感与控制。在承接浙江巴顿焊接技术研究院的钢结构节点球焊接项目时，他们引入线激光扫描技术，让机器能够精准捕捉焊接点位，实现了从“人工焊”到“智能焊”的关键跨越，效率比人工提升了2—3倍。

为解决兰州新区热电项目电站锅炉系统曲面环缝焊接的难题，在石玗的引领下，王文楷与师弟雷润吉、徐瑞等人一起，开发了曲面环缝焊接专用多信息检测与控制系统。这套系统如同给机器人装上了锐利的“眼睛”和智慧的“大脑”——传感系统精准识别坡口，数字孪生模型实时调整参数，成功在恶劣环境下完成作业。系统现已实现稳定运行，使电站锅炉管道的焊接作业从人工“趴着焊”变成了机器人“爬着焊”。焊接质量和生产效率也大幅提升。

提升团队成员综合素养

多年来，石玗带领团队深入16个省份，为10余家企业提供了生产与技术服务。他们的技术在油气输运的螺旋钢管、风电塔筒的智能化埋弧焊接和乏燃料容器高效TIG焊接等领域得到了示范性应用，解决了焊接生产中速度与质量难以兼得的矛盾，科研成果转化为企业实实在在的效益。

在产业一线的创新实践，也让团队的成员收获颇丰：朱珍文、张文著等4人主持甘肃省级科技计划项目；杨彬晖、潘宇等10人获得国家奖学金；王文楷和徐瑞共同参加中国国际大学生创新大赛，获得国家级银奖，并获评兰州理工大学“双创之星”荣誉称号。

“这些成绩的取得，离不开学校平台的支持和课题组团队多年的培养。”王文楷介绍，兰州理工大学创新创业实践课程为团队的学生提供了学科交叉知识与技能培训，有效提升了同学们科研创新的综合素养。

同时，课题组团队营造了良好的科研氛围。“导师为我们指明了科研的方向，让我们可以更好地进行科研探索。”今年刚开始攻读博士学位的潘宇说，“所以我决定硕士毕业后留在团队继续读博，希望能够为焊接智能化发展贡献力量。”

向下深深扎根，向上顽强生长，在科研创新的道路上，这支年轻的队伍在中国制造业不断深耕，推动智能焊接走向更加光明的未来。