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日
《机
器人
器人技术与应
用》
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0、引言
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需水下焊接技术。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。
目前，我国的水下焊接技术基本上还停留在手工
焊接的水平，长期以来，人们都是使用潜水员潜入水
底进行水下焊接。由于人的生理极限的限制，人类利
用普通混合气体潜水最大深度为100m，利用饱和气体
潜水的最大深度也只有650m。对于结构强度要求高的
地方，人们通常采用水下干法焊接方式，这种方法构
造压力容器仓耗时长、费用高，也非常不灵活。
1、水下焊接技术发展现状
1.1人工焊接
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，美国还专门制定有专门的手册
《U.S
NAVY
UNDERWATER
CUTTING
&WELDING
MANUAL》，
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。
1.2机械化或自动化
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
的生命维持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，但世界上
完全将水下焊接作业交由水下机器人完成的例子还没有。
2、水下焊接自动化关键技术问题
将水下机器人与焊接机器人结合，形成水下焊接
机器人，除了解决水下机器人和焊接机器人本身的问
题外，水下焊接的辅助工作量往往大于真正实施焊接
的工作量，如：水下焊缝跟踪、水下焊接质量控制、
水下机器人稳定定位、水下遥控焊接、水下焊接目标
寻找定位和避障(涉及三维轨迹规划)、水下切割、水
水下焊接机器人技术发展现状及趋势
张华李志刚
南昌大学机电研究所
[摘要]
介绍水下焊接技术发展现状，探讨水下焊接机器人研究的关键技术问题，综述水下焊接机器人的技术发展趋势。
[关键词]
机器人；水下焊接；自动化
专
题
报
道
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栏目主持：艳涛
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