首頁 > 文|《瞭望》新聞周刊記者扈永順
4 月 20 日，中鐵十一局軌道焊機在焊接廣州地鐵 18 號線首通段最后一個鋼軌接頭 劉大偉攝 / 本刊
◇他參與解決了我國多項重大工程問題，讓高鐵軌道“天衣無縫”，讓核電站“密不透風”◇我們需要理論，但不是為理論而理論，而是為實踐做理論 ◇國家需要堅決上馬、知難而進敢于攀登、團結友好共同戰斗、只求奉獻淡泊名利
6月16日，在上海舉辦的北京·埃森焊接與切割展覽會上，一臺在大口徑筒體上進行模擬焊接的無軌導全位置爬行焊接機器人亮相。活動現場，已是鮐背之年的中國科學院院士潘際鑾親臨觀摩指導，向大家講解焊接機器人。 作為中國焊接領域的開拓者，94歲高齡的潘際鑾長期工作在教學科研一線，創造了豐碩的科研成果，培養了眾多杰出人才。他參與解決了我國多項重大工程問題，讓高鐵軌道“天衣無縫”，讓核電站“密不透風”。早在1984年，由潘際鑾排名第一完成人的新型MIG焊接電弧控制法，就榮獲國家發明獎一等獎。2005年，潘際鑾被中國焊接學會和中國焊接協會聯合授予“中國焊接終身成就獎”。 “讓自己的科研工作解決實際問題，是我一生追逐的目標。我的工作對國家有貢獻，我就很安心、很高興?！彼f。 焊接領域開拓者 《瞭望》：你是如何進入焊接領域并主持創建我國第一個焊接專業的？ 潘際鑾：我的大學是在西南聯大和清華度過的，學的是機械工程。1948年畢業后，我留在了清華大學當助教。1950年，教育部從全國各高校選拔了150名青年教師到哈爾濱工業大學（下稱哈工大）進修俄語，為全面學習蘇聯、改革中國教育制度做準備，我是其中之一。當時我們一邊進修俄語，一邊給哈工大本科生上課。 進入焊接領域，主要是因為我的導師普羅霍洛夫教授，他是蘇聯著名的焊接專家。在此之前我對焊接并無特別偏好，只是在清華讀書時聽過李輯祥教授講授的焊接學課程，知道焊接技術的重要性。普羅霍洛夫教授來到哈工大后，我主動報名跟他攻讀焊接專業。1952年，哈工大決定籌建焊接實驗室和焊接專業，這是全國第一個焊接專業。這一年我既要完成研究生畢業論文，又要給本科生上課，還承擔了焊接實驗室和專業的籌建工作，自己不僅在科研、教學上，而且在組織和管理上，逐漸成熟起來。 1953年暑假，我回清華大學向學校匯報了自己在哈工大的學習工作情況。清華大學委托我主持籌建清華大學焊接專業和焊接教研組，為我國工業發展培養人才，也為正在興起的國家工業建設提供技術支撐。經兩校協商，決定讓我在哈工大研究生畢業后工作兩年再回清華。這樣，我就在1953年9月，帶領清華大學10名學員來到哈工大，我在校工作，他們參加焊接師資研修班的學習。在蘇聯專家的指導下，我跟學員們一起，進一步明確了焊接專業的方向和培養目標，研究制定了教學計劃，完成了清華大學焊接實驗室的規劃設計。 1955年暑假，我跟學員們一起從哈工大回到清華大學。清華大學正式組建了焊接教研組，我被任命為教研組主任。當時學校沒有房屋、設備，經費也很緊張，我從規劃設計實驗樓、訂購實驗設備做起，開始了清華大學焊接專業和焊接教研組的建設。 《瞭望》：你是如何推動這一專業發展、培養學生的？ 潘際鑾：上世紀50年代，大家對焊接并不太了解，有的學生認為焊接沒什么好學的，要求調換專業。一些學生認為學焊接會埋沒自己的才能。 1956年上半年，焊接教研組開出了第一門專業課——焊接冶金原理，下半年又開出了六門專業課。在抓教研組教學工作的同時，我鼓勵教師積極開展科學研究，希望通過承接科研項目和讓學生參與科研，使他們從科研中感受到國家工業發展對焊接專業需求的緊迫性。那段時間，我們結合工業發展、經濟建設和國防建設的需要，研制成功了重型軋鋼機架的電渣焊技術、大型錘鍛模堆焊技術、我國第一臺真空電子束焊機，完成了2500噸水壓機全套高壓蓄勢器的研究及生產任務、清華大學核反應堆焊接工程的研究及生產任務、我國第一個汽輪機大型拼焊轉子工程等。這些項目都是在西方國家對我國進行封鎖和禁運、蘇聯對我國中斷援助、科研資料極其匱乏、科研條件極其艱苦的情況下完成的。 科研工作所取得的成績，鼓舞了師生。部分課題吸納了學生參與，使同學們感受到了焊接專業在國家工業建設和國防建設中的作用，感受到國家對焊接人才的迫切需求?？梢哉f中國所有焊接工作者都是從哈工大、清華大學的焊接專業培養出來的。 《瞭望》：你擔任了秦山核電站工程的焊接技術顧問，當時情況是怎樣的？ 潘際鑾：焊接是建設核電站的關鍵技術。如果盛放核燃料的管道因焊接質量問題造成放射物質的泄漏，后果不堪設想。1987年初，當時的核工業部請國外專家參觀正在施工的秦山核電站。外國專家認真察看了工作流程，發現工程中有些焊接結構質量不合格，他們十分擔憂，緊急向中央寫信報告此事。 受國務院委托、核工業部聘請，我去秦山核電站實地考察，對重要結構的焊接情況進行深入了解研究，發現了很多焊接問題。我與當時的核工業部副部長及歐陽宇院士商量，決定立即停止工程，有問題的焊接結構全部推倒重做，并與電站施工單位共同制定了焊接結構、焊接性能及焊接工藝試驗方案。推倒重來使核電站建設工程工期推遲了一年，到1991年時才建成，但工程質量得到了保證，從1991年底秦山核電站并網發電，運轉至今，主要焊接結構未發生問題。 填補國際空白 《瞭望》：怎樣想到要研發無軌導全位置爬行焊接機器人？ 潘際鑾：1979年，我在參加一場全國焊接學術會議時，看到工人要焊接一個大直徑合金鋼罐體，為達到工藝質量要求，管件必須預熱到200℃。工人要穿厚厚的石棉服進入罐體內焊接，在里面堅持十幾分鐘。灼人的高溫使狹小的空間里聚積了大量有害氣體，救護車必須一直在場，隨時準備搶救休克的工人。這個場景讓我印象很深刻，從那時起我就下決心要實現大型工件的焊接自動化。 大型結構件的自動化焊接一直是焊接領域的一大世界難題。雖然已有的焊接機器人能夠替代一部分人工，但焊接機器人的機械臂運動范圍只能在兩米直徑內，面對火箭、巨輪、油罐等超大型工件，依然束手無策。一次考察期間，我看到國外一家公司研發的焊接機器人可以像壁虎一樣沿軌道爬到工件上焊接，這給了我啟發，我們也要研究爬行式焊接機器人。 不過國外的爬行式焊接機器人需要預先在要焊接的物體表面鋪設軌道，但在大型結構件的焊接上，往往面臨焊接作業面大且變化多樣。特別是在有曲面焊縫以及不規則焊縫的場景中，軌道很難與焊縫完全平行，焊接效果差。我們想要研究一款可以在不斷運動中自動調整、自動焊接的機器人。它有三個定語，一是無軌導，可以不用鋪設軌道；二是全位置，可以平焊、立焊、仰焊；第三個是爬行式，它能夠爬行運動，這款焊接機器人當時在世界上是沒有的。 《瞭望》：團隊是怎樣突破無軌導全位置爬行焊接機器人技術瓶頸的？ 潘際鑾：無軌導全位置爬行焊接機器人涉及數學、光學、力學、焊接、機械、控制、軟件、電氣等專業，是一個多學科交叉融合的系統工程產品，我們用20多年時間，突破了三大難題。 解決的第一個難題是讓機器人要爬上去并且在不掉下來的前提下能運動。我們前后共研制了電磁式、履帶永磁式、輪式、輪履結合式四代焊接機器人，最終采用了輪履式與懸浮磁吸附相結合的結構，實現了低自重、高負載的三維曲面吸附和爬行能力。 第二個是研發了控制系統。機器人主要由爬行機本體、電氣控制柜、激光焊縫跟蹤系統和焊接負載組成，要使各系統之間協調工作，我們研發了多傳感器的信息融合控制技術，搭建了中央控制器，無需編程就能實現自動化操作。 解決的第三個難題是焊縫識別以及確保焊接質量。通過機器人搭載的激光跟蹤傳感器抓取焊縫特征，結合姿態傳感器的數據，中央控制器實時計算運動偏差，輪履式機構實時調整位置，實現自主識別焊縫、自主對中焊縫，并實現自主焊接。通過對焊接材料的研究，焊縫能夠成型，焊接質量得到保證。 1997年，我們研發出了無軌導全位置爬行焊接機器人原型機；2006年，焊接機器人在第十一屆北京·埃森焊接與切割展覽會首次露面，受到了許多參觀者的青睞和好評。同行專家評價無軌導全位置爬行焊接機器人填補了國內外該項技術的空白，是國際焊接領域中的首創，屬于國際領先、原始創新的科研成果，成為解決大型結構件在工地實現自動化焊接的強大武器；2009年，焊接機器人申請到了美國專利。 《瞭望》：在將無軌導全位置爬行焊接機器人產業化過程中，又遇到了哪些困難？ 潘際鑾：1993年到2003年期間，我在南昌大學任校長。2003年回到清華大學后，繼續研究焊接機器人，但要做產業化，一是沒人，二是沒錢。博士生的主要任務是搞科研，不懂如何產業化。課題經費也只能用來做科研，不能用來做產業化。在從社會上找投資中，發現社會資本愿意做短期內能更快賺錢的產品，例如對那些跑來跑去能說會跳的機器人更感興趣。但我不想去做那些，因為它們解決不了我最關心的問題。 2017年，我的學生，清華大學機械工程系博士馮消冰創立了北京博清科技有限公司，承接了我們團隊的焊接機器人創新成果，組建了由機械、焊接工藝、控制、圖像處理專業博士、碩士等組成的研發和管理團隊，開始了焊接機器人的產業化進程。經過近四年的刻苦攻關，在國際上，率先將可在三維曲面大型結構件上自主尋縫焊接的新一代無軌導全位置爬行焊接機器人推向市場。 2018年，無軌導全位置爬行焊接機器人實現在大型儲罐的焊接應用；2019年，中國機械工程學會在北京組織召開了無軌導全位置爬行焊接機器人科技成果鑒定會。鑒定委員會認為項目成果技術難度大，創新性強，具有自主知識產權，整體技術達到國際先進水平，其中在三維曲面的大型結構件上自主尋縫及焊縫對中技術達到國際領先地位。 目前無軌導全位置爬行焊接機器人已經在中石化中科煉化一體化湛江項目上得到應用，經檢測焊縫質量驗收標準一次性合格率達到98%以上，焊接精度高于行業相關標準，而且工作效率比傳統的人工焊接提高3到5倍，深受客戶好評，在國家重點行業的建設中發揮了重要作用。隨著博清科技特種焊接機器人產品的更新迭代，全自動化焊接將陸續進入到油氣化工、軌道交通、船舶制造、核電、能源和建筑鋼結構等眾多重要建設領域。同時，博清科技已在韓國和美國設立銷售機構，并與沙特阿美等國外重要行業客戶達成合作意向。在歐洲和中亞等項目資源比較豐富的地區也在積極布局。 需重視工程技術研究 《瞭望》：如何評價目前國內焊接技術的發展？ 潘際鑾：現在大家對焊接的重要性仍然是認識不夠，認為這是一項很普通的工作。焊接作為組裝工藝之一，通常被安排在制造流程的后期或最終階段，對產品質量具有決定性作用。發展好焊接技術需要很多基礎研究工作，包括材料基礎、工藝基礎、焊機裝備基礎、焊接自動化基礎等等。此外，隨著用鋼強度、厚度及合金元素新材料的不斷變革，對焊接水平也提出了新的要求。 清華大學機械工程系焊接團隊承擔了上海汽輪機廠一項百萬千瓦汽輪機轉子焊接工作。這個轉子有3米粗、13米長、300噸重，鍛造是沒法鍛造出來的，只能靠焊接。我們把8個3米粗的圓餅焊接成13米長，成功完成了任務。 轉子的工作環境是高溫高壓，每分鐘要達到1500～3000轉，這對焊接質量要求非常高，而且焊接過程中，材料性質是會發生變化的，必須要研究清楚其中的變化機理?？梢钥闯觯附硬⒉皇且豁椇唵蔚墓ぷ?，工程技術研究應該受到社會更高的關注。但現在，焊接領域最好的技術大部分都在國外。 2005年開工建設的京津城際鐵路，關鍵之一是以焊接方法制造無縫鋼軌。我是清華大學與北京鐵路局共同成立的京津城際鐵路鋼軌焊接項目組總指揮，我們焊無縫鋼軌的焊機都自己制造不了，是買國外的。 從北京南站到天津站全程約120公里，共有3680個接頭，只有接頭不出問題，才能保證高速鐵路高平順性和高穩定性。我們先要在天津楊村基地把5根單根長100米的鋼軌焊成500米的長軌，這臺焊機是花了1300萬元從瑞士買的。500米鋼軌焊好后，用火車把鋼軌運到現場，再用焊機把6根鋼軌焊成3000米長的鋼軌，最后把3000米長的鋼軌焊接合攏，這臺焊機是花2000萬元從烏克蘭買的。大家愿意仿造國外焊機，但是不愿意做扎實的研究，社會對工程技術研究重視不夠。 《瞭望》：如何推動國內工程技術研究的發展？ 潘際鑾：現代工程和技術科學是科學原理和產業發展、工程研制之間不可缺少的橋梁，在現代科學技術體系中發揮著關鍵作用。 加強現代工程和技術科學研究，首先要堅持正確的科研導向。雖然國家倡導破“四唯”，也出臺了一系列政策，但到了高校層面仍然非常看重論文。不管是基礎研究還是工程技術研究，都要看發表論文數量、論文發在了哪些期刊上。現在一些高校教師科研目標就是做理論、出論文。這是很危險的事情，如果大家都為了追求論文而故意設置一些能出論文而對解決現實問題毫無意義的課題，不僅浪費科研經費，對我國經濟建設也不會有什么貢獻。科技創新要著眼于產業化，要將能否產生經濟效益、能否產業化視為評價科研成果的首要標準。 再者就是國家仍要大力宣傳大國工程、工匠精神，倡導科研人員依據國家需求做工程技術研究?？萍脊リP要堅持問題導向，奔著最緊急、最緊迫的問題去。要從國家急迫需要解決的問題、事關發展全局和國家安全的基礎核心領域開展課題研究。做工程技術研究也要注重動手能力?，F在為數不多的大學內設置的焊接專業，學生只學習理論知識，并不會自己具體操作焊接工作。我是從進入焊接專業開始就到車間跟著工人師傅學習焊接的。創新應該是理論與實踐螺旋式上升，又有理論又有實踐，這樣不斷發展才能實現創新。 應當認識到，我們需要理論，但不是為理論而理論，而是為實踐做理論。我們的目標應該是對國家有用，對人類有貢獻，只做論文無應用是沒有意義的。博清科技公司就是把理論做成了實踐，把實踐做成了產業，用產業貢獻世界。所以我現在很熱心他們的工作，這是在產業報國。我跟他們提了4個要求，國家需要堅決上馬、知難而進敢于攀登、團結友好共同戰斗、只求奉獻淡泊名利。
文章來源：新華社客戶端
