水下焊接，又稱高壓焊接，是當(dāng)前最具風(fēng)險(xiǎn)的職業(yè)之一。潛水員在焊接的同時(shí)，不僅面臨來自作業(yè)環(huán)境的各種危險(xiǎn)，整個(gè)潛水過程也充滿挑戰(zhàn)。本文將探討這些潛在的危險(xiǎn)，并探討如何借助機(jī)器人技術(shù)和自動化手段來降低這些風(fēng)險(xiǎn)，從而為水下焊接行業(yè)的安全性與效率提升提供支持。

水下焊接是如何工作的?

水下焊接是一種用于連接水面以下金屬的專用技術(shù)，通常是針對海洋或近海環(huán)境。水下焊接主要分為兩種：干焊和濕焊。

干焊是通過構(gòu)建專門的棲息地或高壓室，在焊接區(qū)域周圍創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)的干燥環(huán)境。焊工下潛后進(jìn)入這個(gè)密封室，確保焊接操作在干燥條件下進(jìn)行。為了平衡外部水壓，棲息地會被加壓，以防止水進(jìn)入工作區(qū)域。這種方法使焊工能夠在相對舒適的條件下進(jìn)行作業(yè)，類似于傳統(tǒng)的陸地焊接。然而，由于干燥密封室的復(fù)雜性和高成本，這種方法在大型項(xiàng)目或關(guān)鍵維修中的應(yīng)用有很大的限制。

相較之下，濕焊則是一種更為常用且容易實(shí)施的方法。濕焊直接在水中進(jìn)行，無需使用任何干燥外殼。焊工只需佩戴專用的潛水設(shè)備，如濕焊電極和專為水下作業(yè)設(shè)計(jì)的電焊機(jī)。焊接過程中依賴防水電極涂層，該涂層能產(chǎn)生氣體包絡(luò)，以保護(hù)熔池免受周圍水的影響，從而避免過度冷卻和氧化。濕焊具有廣泛的適用性，能夠在各種水下場景中進(jìn)行，尤其適用于管道、船舶及石油鉆井平臺等水下結(jié)構(gòu)的快速維修與維護(hù)任務(wù)。

由于水下環(huán)境帶來的獨(dú)特挑戰(zhàn)，干法和濕法水下焊接都需要焊工具備較高的技能和豐富的經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)榇嬖谒芤姸炔蛔?、靜水壓力過高以及觸電風(fēng)險(xiǎn)等，焊工必須嚴(yán)格遵循焊接技術(shù)和安全協(xié)議，以確保成功且安全地完成水下焊接任務(wù)。

水下焊接有多危險(xiǎn)?

水下焊接伴隨著眾多短期和長期風(fēng)險(xiǎn)。盡管我們已經(jīng)采取了一系列預(yù)防措施，但水下焊接的死亡率仍高達(dá)15%。然而，死亡并非唯一問題，焊工的身體健康和生活質(zhì)量的下降同樣值得關(guān)注。

水下焊接的短期風(fēng)險(xiǎn)

觸電風(fēng)險(xiǎn)：雖然水下焊工觸電身亡的事故目前僅有一例，但在進(jìn)行濕焊或在部分浸沒的空間作業(yè)時(shí)，觸電的威脅仍然不容小覷。

爆炸風(fēng)險(xiǎn)：高壓焊接作業(yè)會產(chǎn)生氣囊，如果氣體沒有得到正確排出，便可能引發(fā)爆炸。特別是在氧氣壓力較低的情況下，電纜還可能出現(xiàn)孔洞，進(jìn)而對作業(yè)人員造成傷害。

減壓?。号c其他類型的潛水員一樣，水下焊工需要格外小心減壓病的發(fā)生。在數(shù)百米深的水下工作時(shí)，通常缺乏其他潛水員的陪伴，減壓病風(fēng)險(xiǎn)會更高。

溺水風(fēng)險(xiǎn)：溺水是水下焊工最常見的致死原因，其根源可能多種多樣。設(shè)備故障通常都是罪魁禍?zhǔn)?，呼吸氣管、面罩和氧氣罐等均有可能發(fā)生故障，進(jìn)而導(dǎo)致溺水事件的發(fā)生。

水下焊接的長期風(fēng)險(xiǎn)

骨壞死：在長期潛水活動中，潛水員可能面臨一系列嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)。其中之一是壓縮性骨壞死，也被稱為缺血性壞死或骨壞死。這種情況是由于骨組織的血液供應(yīng)不足導(dǎo)致。最常見的受累部位是股骨，通常需要通過手術(shù)來治療，在某些情況下甚至可能需要進(jìn)行全關(guān)節(jié)置換。雖然這種病癥不至于致命，但它可能大大削弱潛水員的身體狀況，尤其是在職業(yè)運(yùn)動員中，如Bo Jackson的職業(yè)生涯就因此受到影響。

神經(jīng)系統(tǒng)：挪威卑爾根的水下技術(shù)中心進(jìn)行的研究指出，長期的深潛可能導(dǎo)致腦功能障礙、癲癇發(fā)作及短暫性全面失憶等神經(jīng)系統(tǒng)問題。

機(jī)器人技術(shù)如何應(yīng)用于水下焊接?

降低水下焊接風(fēng)險(xiǎn)的最有效方法是什么?很簡單：用機(jī)器代替人工。焊接機(jī)器人在常規(guī)焊接應(yīng)用中已經(jīng)展現(xiàn)出高效性和優(yōu)良的焊接質(zhì)量，超越了人工焊接的表現(xiàn)。借助于配備了末端執(zhí)行器的水下遙控潛水器(ROV)及機(jī)械臂，這一構(gòu)想正在逐步實(shí)現(xiàn)。

水下焊接機(jī)器人的實(shí)用性

一般來說，常見的水下焊接機(jī)器人可以在20 米至 30 米水深范圍內(nèi)工作，部分先進(jìn)的水下焊接機(jī)器人可以達(dá)到 60 米甚至更深，具體的深度范圍會因不同的應(yīng)用場景而有所不同，目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：

盡管我們對水下焊接技術(shù)的未來充滿期待，但由于其技術(shù)門檻較高、應(yīng)用場景相對特定等因素，廣泛應(yīng)用仍面臨困難。

早在2015年，挪威國家石油公司便在這一領(lǐng)域取得了一定進(jìn)展，他們成功地利用干式攪拌摩擦焊(FSW)技術(shù)開發(fā)了用于水下管道維修的遠(yuǎn)程焊接棲息地。然而，目前該棲息地的應(yīng)用范圍僅限于特定類型的管道，尚未實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

目前，美國RESURGAM項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在積極研發(fā)一種適用于船體維修的濕式攪拌摩擦焊機(jī)器人。結(jié)合人工智能和工業(yè)4.0(物聯(lián)網(wǎng))基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)有望大規(guī)模推廣。然而，除了技術(shù)實(shí)施之外，購買、編程和部署高壓焊接機(jī)器人所需的前期成本也令人擔(dān)憂。每一個(gè)應(yīng)用場景都需要專業(yè)的程序員，以確保機(jī)器人能夠完全按照要求運(yùn)行，這無疑會增加小型項(xiàng)目的成本和交貨時(shí)間。

為了解決這一難題，潛在的解決方案之一是“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制”焊接機(jī)器人。該技術(shù)利用操作員佩戴的腦電圖帽，實(shí)時(shí)指揮機(jī)器人手臂的動作。盡管在廣泛應(yīng)用之前仍需進(jìn)一步的研發(fā)，但此項(xiàng)技術(shù)為水下焊接的未來展現(xiàn)了光明的前景。

適合水下焊接應(yīng)用的易格斯產(chǎn)品

由于水會腐蝕金屬部件，并沖刷掉潤滑劑，易格斯的drytech塑料無需使用潤滑脂或潤滑油，能夠在水下環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能，無疑是水下焊接機(jī)器人的合適選擇。我們的產(chǎn)品線包括iglidur?滑動軸承(可與304或316不銹鋼軸搭配，確保在水下應(yīng)用中的卓越表現(xiàn))、drylin?線性執(zhí)行器及直線導(dǎo)軌滑塊、xiros?滾珠軸承等。此外，我們還提供多種在線工具和計(jì)算器，以幫助您根據(jù)具體的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)定制解決方案。接下來，讓我們更加深入探討水下焊接應(yīng)用中可用的運(yùn)動組件。

iglidur? X滑動軸承

iglidur? X 滑動軸承不僅適用于水下環(huán)境，還能夠承受高達(dá) 150Mpa的靜壓載荷，因此非常適合極端深度的應(yīng)用。此外，iglidur? X 滑動軸承在耐化學(xué)性方面表現(xiàn)優(yōu)異，耐高溫，能夠承受高達(dá) 250℃(短時(shí)間內(nèi)可承受 315°C)的溫度。

3D打印模具

如果您希望使用非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的iglidur? X 滑動軸承(也可其它iglidur材料)，可以利用我們的print2mold 服務(wù)，定制3D打印而成的注塑模具，能為55多種耐磨損特種塑料進(jìn)行注塑生產(chǎn)，可做復(fù)雜幾何的產(chǎn)品，交期快。

柔性電纜

chainflex?高柔性電纜產(chǎn)品系列中包括適用于焊接任務(wù)的電纜，其中一些電纜已應(yīng)用于水下環(huán)境，主要是在受控水池中。它們甚至能夠承受高達(dá) 1.8 x 105 格雷的輻射，適用于核反應(yīng)堆焊接應(yīng)用。

直線導(dǎo)軌

drylin? 直線滑動軸承的直線導(dǎo)軌提供多種材料選項(xiàng)，其中316不銹鋼和304不銹鋼最適合于水下環(huán)境，并且可以與多種drylin直線滑動軸承配合使用。而硬化不銹鋼材料在水下運(yùn)行時(shí)可能會面臨腐蝕問題，因此不適合此類應(yīng)用。此外，我們還提供帶有步進(jìn)電機(jī)的水下線性執(zhí)行器。

防水電機(jī)

易格斯可提供IP65和IP68防水等級的步進(jìn)電機(jī)，分別設(shè)計(jì)用于防噴水和水下應(yīng)用。IP68水下型號可以在深達(dá)10米的水域中使用，因而非常適合淺水環(huán)境下的各種應(yīng)用需求。對于長時(shí)間深海作業(yè)，建議您在模擬水壓的環(huán)境中對電機(jī)進(jìn)行測試，以確認(rèn)承壓能力和耐腐蝕性。

總之，盡管水下焊接技術(shù)仍在發(fā)展的初期階段，但我們有充分的理由支持其廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠有效預(yù)防潛水作業(yè)人員的疾病、降低死亡風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也能顯著提升焊接的效率和質(zhì)量。隨著培訓(xùn)的普及和潛水作業(yè)的安全性提升，未來的前景十分樂觀，尤其是在機(jī)器人技術(shù)的助力下。