国核设备研发的6关节自由度焊接机器人实现智能自适应焊接 核电装备智能制造又添利器
□ 本报通讯员 王晨芳 王厚高
本报记者 陈巨慧
近日，中国核能行业协会在海阳市组织召开了“大型钢制弧形模块穿孔塞焊智能焊接技术”科技成果鉴定会。来自机械设备安全与可靠中心、哈尔滨焊接研究所、国家核电技术公司、上海核工程研究设计院有限公司、中核工程公司、哈尔滨工业大学、国核示范电站有限公司、山东核电有限公司等单位的10余位行业内知名专家，对山东核电设备制造有限公司（以下简称“国核设备”）研发的“大型钢制弧形模块穿孔塞焊智能焊接技术及装置”科技成果给予评审。与会专家经实地考察评审认为，该成果符合核电装备制造的自动化和智能化发展趋势，与核电设备制造和工程应用密切相关，部分科技成果达到国际先进水平，具有良好的经济效益、社会效益和推广应用前景。
该项目来源于国家重大专项“CAP1400 SC施工建造技术研究”主要研究成果之一。CAP1400核电屏蔽厂房采用钢板混凝土结构，为核岛穿上了防护外衣，可以抵抗大飞机对核电站撞击损坏。该结构采用钢筋与墙体板的焊接，内部浇筑混凝土。其中，国核设备供货的产品穿孔塞焊数量最多达到1000个，整个核墙体板穿孔塞焊数量将近20万个。焊缝数量多，焊接质量要求高。研发团体克服屏蔽厂房塞焊孔弧度倾角和装配精度不高的难点，积极研究视觉算法设计，并开展了焊接路径、姿态规划及焊接参数分析等一系列实验和测试，突破了接头角度和装配精度的限制。该项目的研发成果已经在“国和一号”核电站中派上了大用场。
国核设备在核电装备智能制造领域新研发的6关节自由度的焊接机器人，具有一键式自动识别功能，它拥有一套焊接工件的离线初步定位和视觉精准定位两步一体的焊缝定位系统，可根据导入的CAD图纸获取每个塞焊孔的理论三维坐标位置，在完成初始标定后获得整个面板塞焊孔的目标位置，再基于视觉识别进行精准的定位，实现焊接路径的精准识别和规划。相比人工焊接，穿孔塞焊机器人智能化焊接的焊缝成型美观一致，解决了长期存在的焊缝余高打磨量大的顽疾，通过自动识别、移位及焊接一体化等功能的开发，极大地提升了焊接综合效率，焊缝日均完工量接近人工效率的3倍，更降低了劳动强度和人力成本。而其柔软化和智能化特征与当前智能制造及物联网发展方向也具有高度的配适性，推动国核设备向高端智能制造领域迈出了关键的一步。据悉，此项成果开创了国际上首个适用于不同间隙、不同倾角穿孔塞焊接头的自动焊接工艺数据库。该成果的成功应用，标志着焊接机器人在复杂工况下的视觉识别和焊接工艺联合规划方面取得了关键突破，实现了智能的自适应焊接。
近年来，国核设备始终坚持创新驱动和创新发展的理念，在核能设备制造、新能源开发与装备制造、军民融合装备制造、电站服务及装备集成“四大业务方向”上，坚持以市场需求为导向，以经济效益为根本，培育提升创新能力为路径，以创新促进各产业有效协同、共同发展，以创新促进产业经营发展质量、提升效率。在核电装备智能制造领域先后完成了“屏蔽厂房SC制造技术研究和钢筋自动焊接技术研究”“钢制安全壳插入板贯穿件组件气保焊技术研究”“剪力钉自动焊接技术研究”“结构模块狭小空间自动焊接技术研究”等科研项目，截至目前，该公司累计申请国家专利129项，其中发明专利68项；授权专利88项，其中发明专利33项，包括国际专利PCT专利1项；参编5项行业标准的编制。研发了科技成果30余项，获得核能行业协会科技进步一等奖等省部级奖励10余项。
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