青岛新型焊接机器人自动化设备

水下机器人是一种可在水下移动、具有视觉和感知系统、通过遥控或自主操作方式、使用机械手或其他工具代替或辅助人去完成水下作业任务的装置。早期的水下机器人是从军事用途发展而来的，人们为了出其不意地击毁敌人的水面舰只而设计制造潜艇。1929年，美国海洋科学家威廉·比勃与奥梯·斯巴顿建造了第一个深潜球（Bathysphee）。它是一个铸钢的球壳，上面装有3个观察窗，1934年8月下潜到914m的水深，这是第一次在深海环境中进行生物观察，也是第一次有意义的深潜器潜水活动。从1975年开始，由于海洋工程和近海石油开发的需要，无人遥控潜器（Remotely operated vehicles，Rov）得到了迅速的发展。第一艘无人遥控潜器于1953年研制成功，由于“无人遥控潜器”具有结构简单、造价低廉、维修方便，以及无人员生命危险等优点，所以从1975年以来发展尤为迅速。我国从20世纪60年代中期开始对水下机器人进行了探索性的研究，20世纪70年代研制了拖曳式深潜器，从20世纪70年代末到80年代初，随着工业机器人技术的发展以及海上救助打捞和海洋石油开采的需要，我国也在积极地开展水下机器人的研制与应用工作。在“七五”期间，水下机器人开发被列入了国家重点攻关任务，目前我国的水下机器人技术日趋成熟。

与喷涂、清扫、铺缆、护理机器人一样，水下焊接机器人属特种机器人，是专用于水下自动化焊接的智能装备，代表水下焊接自动化的发展方向。它可代替潜水焊工进行水下作业，从而提高工作效率和保持焊接过程的稳定性、一致性。此外，随着海洋工程由浅水走向深水，在650m及更深的水中很难再进行手工深水焊接，这时水下焊接机器人将是最理想的选择。水下焊接机器人技术涉及电力、电子、计算机、流体、结构、材料、液压、水声、光学、导航、控制等学科，体现着一个国家的综合技术力量和水平。

实现高效低成本焊接自动化一直是焊接科研工作者努力的方向，其中水下焊接自动化的实现要比在陆地上困难得多，水下环境对焊接工艺、焊接装备、焊接自动化技术等都是严峻的挑战。随着人们在海洋的能源开发工程、船舶远洋运输、水上救助等活动的展开，大型船舶、海洋钢结构如海底管道、海洋平台、海上机场、海底城市、跨海大桥等的大量涌现，它们的建造与维修以及安全与可靠性都和水下焊接技术密切相关。同时，水下焊接也是国防工业中一项重要的应用技术，用于舰艇的应急修理和海上救助。此外，随着国家大力发展水利水电事业，水下钢结构物的维护与修理也亟须水下焊接技术。因此水下焊接技术作为水下工程建设与维护必不可少的关键技术，得到越来越多的重视与应用。

水下焊接方法分为水下湿法焊接、水下干法焊接和水下局部干法焊接三大类。不论湿法焊接还是干法焊接，目前最为普遍和广泛使用的还是人工焊接方法，即派潜水员潜入水底或者水下压力仓中，采用SMAW（Shielded Metal Arc Welding）方式，按照特定的规程进行操作。对此，美国还专门制定了专门的手册《美国海水水下切割与焊接手册》，以规范水下焊接操作。人工焊接方式优点是设备简单、操作灵活，适应性强、费用低；缺点是受到人的极限潜水深度的限制，对人员素质和安全问题要求特别高。

图5-1　水下机器人焊接系统

实现水下焊接自动化主要有三种方式：水下轨道焊接系统、水下遥控焊接、水下焊接机器人系统。轨道焊接要求安装行走轨道，所以受人的潜水深度限制，遥控焊接一般难以达到焊接精度要求。近年来，基于特定用途的机器人得到迅猛发展，水下焊接机器人被认为是未来水下焊接自动化的发展方向。水下焊接机器人首先可以使潜水焊工不必在危险的水域进行焊接，保证人员生命安全；其次，可以极大地提高工作效率，减少或去除手工焊接所需的生命保障系统及安全保障系统，增加有效工作时间，提高焊接过程的稳定性和一致性，获得更好的工程质量和经济效益；最后，可以满足人们深水焊接的需要。在深水中，人们很难进行手工焊接，有些工作必须借助各种专用设备，如高压干式焊接舱，但焊接空间、焊件形状、过高的水压往往限制干式焊法的使用，因此水下焊接机器人是最理想的选择，焊接设备由手工向水下焊接自动化的方向发展已成为必然的趋势。由于水下环境的复杂性和不确定性，水下机器人在焊接领域的主要应用是焊缝无损检测和裂纹修复，这在英国北海的油井和天然气生产平台中得到了应用。