机器人在钢结构的广泛应用场景

因具有抗震性、耐久性、经济性、环保性、节能性等特点，钢结构广泛应用于建筑、桥梁、船舶、工程机械、核电、铁路等行业。可以说，钢结构的质量决定着以上各行业质量，钢结构的智能高效焊接有利于以上各行业提质增效。

《钢结构行业“十四五”规划及2035年远景目标》提到，到2025年底，我国钢结构用量达到1.4亿吨左右，钢结构建筑占新建建筑面积比例达到15%以上。到2035年，我国钢结构建筑应用达到中等发达国家水平，钢结构用量达到每年2.0亿吨以上，钢结构建筑占新建建筑面积比例逐步达到40%，基本实现钢结构智能建造。焊接作为工业“裁缝”，将各种钢结构裁剪拼接成可用构件，传统焊接以人工焊为主，若按人均钢材加工能力：400t/人·年，2025需要35万焊工；2035年则需要50万焊工。

随着我国社会老龄化、劳动力资源短缺和劳动力成本的加深，钢构件工厂迫切需要自动化设备来取代从事重复工作的劳动者；随着社会分工的细化和行业集中度的增加，钢结构工厂的门槛在不断提高，数字化和自动化生产已成为主流。

在5月17~19日，由机械工业信息研究院金属加工杂志社、武汉钢铁集团轧辊有限公司、武汉一冶钢结构有限责任公司和中核集团高效智能化焊接重点实验室等单位承办的“2023钢结构智能高效焊接技术交流会”上，来自钢结构制造和应用企业与机器人企业以及行业专家近300余人参会，并有来自协会、企业和高校的22位嘉宾针对行业痛点技术，进行演讲探讨。从交流情况来看，让我们更清楚了机器人在钢结构智能高效焊接中的应用需求与发展趋势。   | 钢结构焊接发展趋势：数字化、自动化和智能化

中国工程建设焊接协会常务副会长、教授级高级工程师刘景凤在国家“碳达峰、碳中和”目标下要求推动钢结构焊接工艺向绿色化、数字化转型。具体表现为：以焊接机器人、智能焊接和绿色化焊接技术等为代表的先进焊接工艺技术、以数字化与绿色化推动传统钢结构焊接产业转型升级，促进钢结构产业高端化、智能化、绿色化，推进钢结构创新发展、转型升级、提质增效，推进制造强国建设。应提倡精益制造，加大推广自动化、智能化焊接技术应用，加大技术创新力度，开发适合结构钢钢材焊接性要求和钢结构构造特点的焊接新技术，提高机器人焊接应用比例，日本全国钢结构工业协会会员单位焊接机器人引入比例达到了65%。

中国工程建设焊接协会常务副会长、教授级高级工程师 刘景凤

近年来，我国建筑、船舶、核电、桥梁钢结构焊接等行业进行了智能制造的探索与实践，表现为设备智能化、产线自动化、工厂智慧化。其中，机器人被认为是制造业转型升级的关键技术与竞争焦点。

建筑行业

对于建筑钢结构而言，来自中建四局钢结构工程事业部副总经理、教授级高级工程师刘晓斌介绍建筑钢结构加工厂与施工现场的自动化现状有：工厂的工装设备条件比施工现场要好得多，焊接作业的自动化（或半自动化）程度要高很多；工厂的实际情况是大多数以自动化（或半自动化）埋弧焊为主，辅以部分手工焊接作业；钢结构施工现场仍然以手工焊接作业为主，辅以部分自动焊或半自动焊作业。

随着住房需求和不断深化的基建，建筑钢结构在我国获得突飞猛进发展，为了与钢结构大国的能力相匹配，应大力促进焊接技术和焊接装备自动化的发展，提高我国钢结构建造的质量和效率。焊接机器人是数字化焊接技术的重要核心组成部分，是整个集成系统的最终执行元件。

现有焊接机器人的优势：无论是小车式的，还是机械臂式的，都可很大程度地减轻工人劳动强度；焊接质量基本上都能稳定（只要输入的条件稳定，输出的质量就没问题）；焊接速度能加快，生产效率明显提高。

不足之处：面对施工现场复杂多变的作业环境和作业工况，全方位的适应性还需大大改进；对厚钢板的焊缝剖口的感知和识别，以及多层多道焊的编程有待于进一步攻克瓶颈（目前很多机械臂焊角焊缝很成功，但遇到深剖口的厚板焊接有待于积累更多的成功经验）。焊接机器人的使用，存在焊前准备时间长、无法自动避开连接板等障碍、对剖口质量和安装精度要求高等问题。

船舶行业

对于船舶行业而言，来自武船重型工程股份有限公司副总工程师张华谈到，焊接工时约占钢桥制造总工时的60%~70%，焊接高效化可有效缩短产品制造周期，降低制造成本；先进的焊接材料、焊接设备、焊接工艺是焊接高效化的有效手段；钢桥产品的工厂化加工、标准化制作是焊接高效化的重要条件。

传统的钢桥焊接制造以人工焊接为主，生产效率低；受人为因素影响，焊接质量稳定性差；高技能人才招工难；进行产业技术升级，实现焊接自动化是提高生产效率和产品质量、解决劳动力短缺问题的有效途径。

经过多年发展，机器人焊接技术在钢箱梁制造中得到了全方位的应用。在板单元焊接中较为成熟，在节段拼装焊接中的适应性有待进一步提高。武船重工板单元智能化焊接技术应用：横隔板机器人、横肋板机器人、面板立体单元机器人。

核电行业

对于核电行业而言，来自中国核工业二三建设有限公司设计公司总工程师冯英超介绍到，核电、航天、石油化工、民用建筑等工程建设中有大量钢结构焊接任务，钢结构焊接技术是各工程现场建安施工的关键技术方法，钢结构焊接质量对重大工程建造和长期运行具有关键性作用，钢结构焊接周期直接影响工程的整体施工周期。

太平岭核电等形成标准数字化焊接应用场景，实现任务在线管理、焊材自动发放回收、焊接数据实时采集及智能控制、焊接全流程数据统一可视化呈现。该技术可迁移至各钢结构焊接作业行业，并进行定制开发应用。但同时也要思考一些与多品牌设备通讯衔接的问题，数据安全性的问题，数据深加工为智能化焊接提供数据支撑、数据赋能、辅助生产的问题等。

桥梁行业

对于桥梁行业而言，来自中铁宝桥集团有限公司专家、焊接专业带头人张剑峰介绍了U肋+面板焊接相关内容以及板单元矫形技术和智能生产线，中铁宝桥通过集成实施信息化系统以及先进的智能生产设备群，基本建成了上下联通、业务闭环、典型覆盖的板单元智能制造生产线，其中，龙门式U肋多头组装机具备U肋卡紧定位功能，可同时采用两条焊接机器人进行定位焊。

通过该公司深中通道钢箱梁等项目的实施，验证了钢箱梁智能生产线，U肋板单元焊接及矫形等关键技术全面达到预定目标。该生产线为智能制造打下了坚实基础，提升了钢桥梁制造品质，在行业内具有示范作用。

| 现场对接，机器人助力钢结构智能高效焊接

2023政府工作报告明确指出我国要“扎实推进中国式现代化”“促进传统产业改造升级”“加快建设现代化产业体系”，为推进机械工业高质量发展指明了方向，机器人被认为是制造业转型升级的关键技术与竞争焦点，因此，打通钢结构应用企业与智能焊接企业之间的沟通渠道至关重要。在本次会议期间，有数十家机器人企业参加，针对建筑、桥梁、船舶、工程机械、核电、铁路等行业钢结构高效焊接提出了具体解决方案。会议期间，不少的机器人企业直接跟钢结构应用企业达成合作意向，充分地说明机器人在赋能钢结构高效焊接方面的重要作用。

钢结构焊接机器人应用现状究竟如何？针对这一问题，来自北京石油化工学院副教授罗雨介绍了钢结构现场安装焊接机器人技术现状及趋势，罗教授在报告中列举了众多钢结构机器人焊接的应用案例，总结出通过机器人、专机的组合，可使用最大的焊接电流焊接，实现高精度的焊缝。与钢结构工厂预制机器人焊接相比，钢结构现场安装焊接机器人工作环境差、工况复杂，应针对现场工况，研发各种体积小巧、质量轻、安装方便、操控简单的模块化便捷式移动机器人。新型高效焊接工艺及焊接自动化装备应用研究，可以推进高效焊接工艺的应用。

从会议现场情况来看，各机器人企业纷纷展示自家特色产品。

中集飞秒（上海）机器人科技有限公司研发总监张兆彪介绍了中集飞秒FESINWELD免示教多层多道智能焊接系统。采用了自主开发3D内核，强大三维引擎可导入STP、IGS、STL等格式，可视化操作复杂构件焊接，三维动画操作式交互体验，一个普工通过操作电脑控制2~3台智能焊接工作站，真正意义实现工作站群控，一人顶替多人，减少了成本，提高了工作效率。

芜湖行健智能机器人有限公司副总经理王大江介绍了行健机器人的技术特点，自主研发复合视觉、Al、工艺深度积累。王经理总结到，检验钢结构行业焊接设备价值的唯一标准是高质量、高效率。2019年，该公司智能产品运用到了江南造船厂，实现了吊马自动焊接机器人工作站，综合AI+视觉+工艺深度积累打造高度智能化，是当时船舶行业最先进的吊马生产线。

深圳市智流形机器人技术有限公司智能焊接产品线总监商大伟谈到，建筑钢结构作为一种低碳环保的建筑类型，需求量不断攀升。焊接是钢结构生产过程中耗时最长的一道工序，目前依旧是人工为主。目前年轻人普遍不想从事焊接这一类的高强度体力劳动，未来十年焊工将有很大的人才缺口。他提出了云网边端智能焊接方案，云焊接专家系统提供知识模型到离线编程机器人接到指令，上传实时数据再给到焊接系统，商总监介绍了智流形的核心优势，控制、软件以及算法，同时持续探索更高效的焊接技术，让他们的焊接系统发挥出更出色的水平，为钢结构行业产业升级贡献一份力量。

通过本次会议，我们深入了解了钢结构焊接的技术走向、钢结构智能高效焊接的技术的难点，数字化、自动化、智能化对于钢结构焊接的重要意义，以及工业机器人、协作机器人在助力钢结构智能高效焊接中的应用现状与发展趋势。未来，我们将持续关注行业发展，并进一步搭建交流平台、探讨相关问题，共同促进钢结构的高效、智能焊接。

编辑：黄飞