科技日报记者 颉满斌
近日，由兰州理工大学智能焊接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，并正式投入项目实际应用。
早在2021年，团队在唐山22万立方米LNG储罐建设项目中，与中海油及其他合作单位创造的一次合格率99.99%的纪录，标志了大型LNG内罐立缝焊接由“手工”方式向机械“自动化”方式跨越，推动了国家LNG储罐关键核心建造技术的进步。
“这个数字，不仅是行业内的新纪录，更意味着中国在智能焊接这一尖端领域，终于攻克了一个世界性难题。”团队负责人、兰州理工大学教授石玗告诉记者。
从扎根工业一线的“钢铁裁缝”，到引领行业变革的“智能先锋”；从日夜攻关破解“卡脖子”焊接难题，到推动一项项智能焊接技术落地应用，这支队伍用6年多的时间，用一把“智能焊枪”将论文写在祖国的制造一线，为中国制造的钢铁血脉，缝上了最精密的针脚。
破解难题：LNG储罐智能焊接的创新实践
近日，在兰州理工大学，记者见到了一台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。”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。”
这只是兰州理工大学在智能焊接领域科技创新的一个缩影。
从上世纪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，并成功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，因此，智能焊接不仅是社会和制造业发展的重要需求，从科学层面看，也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（简称中海油）合作，联合打造全球首套LNG储罐智能化焊接装备。
“大型LNG储罐施工现场加工精度低、装配误差大，焊接过程中需要在严苛的施工环境下保持稳定，并根据工况的变化，实时调整工艺参数，以此来确保焊缝质量，我们所承接的正是智能焊接系统核心的工艺控制模型部分。”团队成员博士生朱珍文介绍道，在该团队之前，没有任何一项成熟的技术能够实现大型LNG储罐的自适应焊接。
项目的推进并非一帆风顺。前期针对环缝焊接坡口问题，石玗带领团队开发了主动视觉传感检测技术和被动视觉焊缝跟踪系统，经多次实验后首次投入实践。然而，实验室里的“优等生”到了现场却遭遇“水土不服”。
在福建漳州项目现场技术测试的首日，团队信心满满研发的系统装置，就因为电磁干扰、数据延时等复杂的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，每天连轴转，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，这项技术已经成熟。“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之多。”石玗教授自豪地表示，兰州理工大学智能焊接技术已稳居国内第一梯队。
基于此项目，团队在国内外权威期刊上连续发表多篇论文。
科技创新：让师傅们告别“趴着焊”
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，却在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，正式踏上了科研之路。
“在我工作时，焊工长时间蹲守作业，不仅对颈椎、腰椎伤害很大，长期吸入烟尘还容易患上尘肺病。这种情况并非个例，而是我国生产制造业当前面临的共性问题。”王文楷曾有一名四十多岁的工友，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。”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。硕博期间，他的专业课成绩始终稳居年级第一。在导师石玗教授的指导下，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，成功替代人工在恶劣环境下作业。如今，这套系统已稳定运行超过100天，使电站锅炉管道的焊接从人工的“趴着焊”变成了机器人“爬着焊”。不仅将辛苦的焊接工人转变为设备操作员，也大幅提高了焊接质量和生产效率。
这一项项落地成果证明：智能焊接不仅是一场改变生产方式的技术革命，更是守护劳动者尊严、破解“卡脖子”难题的强国利器。
红柳精神：将科研的火炬代代相传
六年来，石玗带领团队深入16个省份的30余家企业，为其中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焊接等领域中得到了示范性应用，解决了焊接生产中效率与质量难以兼得的矛盾，科研成果也转化为了企业实实在在的效益。
在此期间，团队的学生成员也获得了锻炼和提升，在一次次磨砺当中屡获殊荣：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，获得了国家级银奖，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。”王文楷坦言，兰州理工大学创新创业实践课程为团队的学子们提供了学科交叉知识与技能的培训，有效提升了同学们科研创新的综合素养。
同时，课题组团队为每一位同学营造了良好的科研氛围，“我们的导师用渊博的学术知识，为我们指明了科研的方向。在这里我们可以静下心来探索科研的边界。”今年刚刚完成从硕士到博士身份转变的潘宇说，“所以我决定硕士毕业后留在团队继续读博，希望能够通过自身的努力，为焊接智能化发展贡献积极的力量。”
“00后”徐瑞对此也颇有感触：“加入智能焊接团队后学到了很多东西，在导师的带领下，面对技术瓶颈时，我们就像红柳一样默默积蓄力量，反复试验、不断探索；在遇到艰苦的项目环境时，总能以乐观坚韧的态度面对。”
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，用智慧焊接更加光明的未来。
（受访者供图）
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