“机器人医生”让200座大桥挺直脊梁
在一个高26厘米、宽30厘米的狭窄空间里,一台台机器人正在焊接。这不是科幻电影,而是中国工程师为钢铁桥梁做“手术”的关键战场。
这些被称为“机器人医生”的U肋内焊机器人,正深入桥梁的“骨骼”内部,治愈一种曾被视作“不治之症”的顽疾——桥梁U肋焊根疲劳开裂。目前,武汉锂鑫自动化科技有限公司(以下简称锂鑫科技)的这一科研成果已在军山长江大桥等200座大桥应用,大桥得以挺直脊梁,经久耐用。
■ 狭窄空间内机器人灵活干着焊接活儿
桥梁,尤其是大跨径钢桥,桥面板下方藏着许多U型的“肋骨”,专业名称叫U肋,它们默默支撑着桥面。
过去,由于空间狭窄,焊枪无法伸进去,工程师只能在U肋外进行单面焊接。这就好比给人接骨,只固定了表皮,内部的筋骨并没有真正连为一体。结果,桥面在日复一日的重压下运行,15年左右,这些焊接部位普遍会“累”出裂缝。为避免形成贯穿性面板开裂,导致桥面铺装层破损塌陷,U肋就需要定期检修。这一问题曾让世界桥梁界头疼不已,被称为桥梁界的“癌症”。
U肋内焊机器人如何为桥梁治疗顽疾?
7月18日,长江日报记者走进位于新洲双柳的锂鑫科技智能车间,只见整齐排列的6台U肋内焊机器人外观独特,似披着银灰色金属外壳的灵蛇,泛着冷光。
操作员周晓丽坐在中控台前,全神贯注地盯着屏幕上的数据流和实时监控画面。她轻触鼠标,发出指令。瞬间,6台U肋内焊机器人如同接到命令的士兵,灵巧地钻入桥面板下方U肋的狭窄腹地。它们游走在狭小的“隧道”里,其精密的关节异常灵活。车间里响起低沉的机械运转声和焊接特有的“嗞嗞”声。
透过缝隙,可以看到一道均匀明亮的焊接轨迹在U肋焊缝上延伸。机器人以每分钟约0.3米的速度稳健推进。
灼热的红光从钢板缝隙中透射出来,空气里弥漫着金属加热的独特气味。监测工人余文君身着防护服,在安全距离外监控着设备运行。
令人惊叹的是,仅45分钟后,一块重约7吨的桥面板就完成了U肋内部焊接,U肋牢牢固定在面板上。
“以前的单面焊接,就像只在骨折处绑了绷带,骨头里面还是断的。”锂鑫科技董事长高兴抚摸着焊接修复后光滑坚固的焊缝自豪地说,“我们的内外全熔透焊接,真正重建了骨骼内部的传导系统,让力量传递更均匀、更顺畅。”
■ 毫米级科研解决U肋内焊世界难题
“谁能解决U肋内焊难题,谁就能创造历史。”2010年,时任武船重工公司副总经理黄新明的一句感慨点燃了高兴心中的火种。彼时,刚从北京回到武汉创业的高兴凭借机械专业的背景和对自动化的热爱,决心挑战这道世界性难题。
四年磨一剑,毫米定乾坤。在实验室里,高兴和团队埋头苦干,反复打磨上千道工序,对精度的追求苛刻到毫米级。2016年10月,锂鑫科技自主研发的第一台实用U肋内焊机器人样机终于在武船重工的车间里轰鸣启动。
让机器人在仰面朝天的狭窄空间里精准定位、自动追踪焊缝、远距离稳定送丝、自主行走……一道道看似不可能的技术壁垒被硬生生突破。中国桥梁的“内骨骼”,终于迎来了内外一体、坚固无比的完整焊接时代。
这套“桥梁骨科手术”已在武汉沌口长江大桥、嘉鱼长江大桥、深中通道等全国200多座桥梁及国家重大工程成功施行,累计完成内焊缝长度超过百万米,为国家节省维修费用数十亿元。
如今,锂鑫科技的焊接工厂已遍布中国钢桥制造的核心区域。在华中、华东、华南、西南、东北五大区域,建立了十余个智能化生产基地,年产能可达50万吨。从荣获湖北省科技进步奖一等奖,到入选国家“十大绝活”;从被评为国家级专精特新“小巨人”,再到摘得湖北省制造业单项冠军桂冠,累累硕果是对“26厘米空间”里诞生的“中国精度”的充分肯定。
■ 机器人仰面朝天做“手术”为大桥“疗伤”
军山长江大桥,这条2001年通车的交通大动脉,连接着京港澳和沪渝两条国家高速干线,车流量巨大。近年来,随着车辆通行量日益增长,大桥关键承重结构——U肋的焊缝焊根部位经受重负考验。
此前几次维修,都因技术限制只能“治标”。如何根除隐患?
转机出现在2023年。锂鑫科技成功研发出第四代技术——“在役桥梁U肋仰位内焊加固”技术,专为老桥“疗伤”。这项技术要求机器人必须更轻巧、更便携,能在桥面板下方极其狭窄的空间里仰面朝天地灵活作业,难度远超新桥建造。
今年3月,专家严格评审,决定采用锂鑫科技方案修复军山大桥。
团队迅速行动,如同进行一场精密的微创手术,动用了多款特种“手术器械”:等离子切割设备像精准的手术刀,在特定的需要修复位置开孔;激光清洗机器人负责打磨掉油漆和锈迹;最关键的是仰位焊接机器人,它能深入U肋“骨骼”内部进行内焊加固;焊缝检查机器人像细致的质检员,确保每一道“手术”都完美达标。
“在26厘米高、8米长的U肋内,机器人仰位进行精准焊接,焊枪移动、送丝速度都要控制得毫厘不差。修复是在不中断交通的情况下进行,每次车辆的通行,均是对焊接的一次考验,难度超乎想象!”现场工程师感慨。他们日夜奋战,不断优化每一步加固工艺以及焊接工艺参数。
20天奋战!在保证京港澳、沪渝高速车流不停的前提下,工程团队完成了H梁段顶板56根U肋、总计896米的内焊加固任务。
检测结果令人振奋:修复后的焊缝平顺、坚固,各项指标完全达标。更重要的是,这从根源上大幅提升了桥面板的抗疲劳能力,如同给桥梁的“骨骼”内部植入了更坚韧的韧带,大大延长了桥梁的安全寿命。
如果没有这项内焊技术,像军山长江大桥这样的大桥通车15年左右就可能要大修,一次花费约4000万元。而采用内焊加固,能有效延长桥梁寿命,预计可为单座大桥节省上亿元的后期维护费用。
锂鑫科技董事长高兴坚定地表示,未来,团队将把这项“桥梁微创手术”技术推广应用到更多需要“强筋健骨”的在役老桥上,为中国桥梁的安全运行保驾护航。