世界最危险的工种之一：水下焊接
水下焊接，又称高压焊接，是当前最具风险的职业之一。潜水员在焊接的同时，不仅面临来自作业环境的各种危险，整个潜水过程也充满挑战。本文将探讨这些潜在的危险，并探讨如何借助机器人技术和自动化手段来降低这些风险，从而为水下焊接行业的安全性与效率提升提供支持。
水下焊接是如何工作的？
水下焊接是一种用于连接水面以下金属的专用技术，通常是针对海洋或近海环境。水下焊接主要分为两种：干焊和湿焊。
干焊是通过构建专门的栖息地或高压室，在焊接区域周围创建一个临时的干燥环境。焊工下潜后进入这个密封室，确保焊接操作在干燥条件下进行。为了平衡外部水压，栖息地会被加压，以防止水进入工作区域。这种方法使焊工能够在相对舒适的条件下进行作业，类似于传统的陆地焊接。然而，由于干燥密封室的复杂性和高成本，这种方法在大型项目或关键维修中的应用有很大的限制。
相较之下，湿焊则是一种更为常用且容易实施的方法。湿焊直接在水中进行，无需使用任何干燥外壳。焊工只需佩戴专用的潜水设备，如湿焊电极和专为水下作业设计的电焊机。焊接过程中依赖防水电极涂层，该涂层能产生气体包络，以保护熔池免受周围水的影响，从而避免过度冷却和氧化。湿焊具有广泛的适用性，能够在各种水下场景中进行，尤其适用于管道、船舶及石油钻井平台等水下结构的快速维修与维护任务。
由于水下环境带来的独特挑战，干法和湿法水下焊接都需要焊工具备较高的技能和丰富的经验。因为存在水能见度不足、静水压力过高以及触电风险等，焊工必须严格遵循焊接技术和安全协议，以确保成功且安全地完成水下焊接任务。
水下焊接有多危险？
水下焊接伴随着众多短期和长期风险。尽管我们已经采取了一系列预防措施，但水下焊接的死亡率仍高达15%。然而，死亡并非唯一问题，焊工的身体健康和生活质量的下降同样值得关注。
水下焊接的短期风险
触电风险：虽然水下焊工触电身亡的事故目前仅有一例，但在进行湿焊或在部分浸没的空间作业时，触电的威胁仍然不容小觑。
爆炸风险：高压焊接作业会产生气囊，如果气体没有得到正确排出，便可能引发爆炸。特别是在氧气压力较低的情况下，电缆还可能出现孔洞，进而对作业人员造成伤害。
减压病：与其他类型的潜水员一样，水下焊工需要格外小心减压病的发生。在数百米深的水下工作时，通常缺乏其他潜水员的陪伴，减压病风险会更高。
溺水风险：溺水是水下焊工最常见的致死原因，其根源可能多种多样。设备故障通常都是罪魁祸首，呼吸气管、面罩和氧气罐等均有可能发生故障，进而导致溺水事件的发生。
水下焊接的长期风险
骨坏死：在长期潜水活动中，潜水员可能面临一系列严重的健康风险。其中之一是压缩性骨坏死，也被称为缺血性坏死或骨坏死。这种情况是由于骨组织的血液供应不足导致。最常见的受累部位是股骨，通常需要通过手术来治疗，在某些情况下甚至可能需要进行全关节置换。虽然这种病症不至于致命，但它可能大大削弱潜水员的身体状况，尤其是在职业运动员中，如Bo Jackson的职业生涯就因此受到影响。
神经系统：挪威卑尔根的水下技术中心进行的研究指出，长期的深潜可能导致脑功能障碍、癫痫发作及短暂性全面失忆等神经系统问题。
机器人技术如何应用于水下焊接？
降低水下焊接风险的最有效方法是什么？很简单：用机器代替人工。焊接机器人在常规焊接应用中已经展现出高效性和优良的焊接质量，超越了人工焊接的表现。借助于配备了末端执行器的水下遥控潜水器（ROV）及机械臂，这一构想正在逐步实现。
水下焊接机器人的实用性
一般来说，常见的水下焊接机器人可以在20 米至 30 米水深范围内工作，部分先进的水下焊接机器人可以达到 60 米甚至更深，具体的深度范围会因不同的应用场景而有所不同，目前主要的应用领域有：
尽管我们对水下焊接技术的未来充满期待，但由于其技术门槛较高、应用场景相对特定等因素，广泛应用仍面临困难。
早在2015年，挪威国家石油公司便在这一领域取得了一定进展，他们成功地利用干式搅拌摩擦焊（FSW）技术开发了用于水下管道维修的远程焊接栖息地。然而，目前该栖息地的应用范围仅限于特定类型的管道，尚未实现更广泛的应用。
目前，美国RESURGAM项目团队正在积极研发一种适用于船体维修的湿式搅拌摩擦焊机器人。结合人工智能和工业4.0（物联网）基础设施的应用，这项技术有望大规模推广。然而，除了技术实施之外，购买、编程和部署高压焊接机器人所需的前期成本也令人担忧。每一个应用场景都需要专业的程序员，以确保机器人能够完全按照要求运行，这无疑会增加小型项目的成本和交货时间。
为了解决这一难题，潜在的解决方案之一是“神经网络控制”焊接机器人。该技术利用操作员佩戴的脑电图帽，实时指挥机器人手臂的动作。尽管在广泛应用之前仍需进一步的研发，但此项技术为水下焊接的未来展现了光明的前景。
适合水下焊接应用的易格斯产品
由于水会腐蚀金属部件，并冲刷掉润滑剂，易格斯的drytech塑料无需使用润滑脂或润滑油，能够在水下环境中保持稳定的性能，无疑是水下焊接机器人的合适选择。我们的产品线包括iglidur®滑动轴承（可与304或316不锈钢轴搭配，确保在水下应用中的卓越表现）、drylin®线性执行器及直线导轨滑块、xiros®滚珠轴承等。此外，我们还提供多种在线工具和计算器，以帮助您根据具体的应用需求，设计定制解决方案。接下来，让我们更加深入探讨水下焊接应用中可用的运动组件。
iglidur® X滑动轴承
iglidur® X 滑动轴承不仅适用于水下环境，还能够承受高达 150Mpa的静压载荷，因此非常适合极端深度的应用。此外，iglidur® X 滑动轴承在耐化学性方面表现优异，耐高温，能够承受高达 250℃（短时间内可承受 315°C）的温度。
如果您希望使用非标准尺寸的iglidur® X 滑动轴承(也可其它iglidur材料)，可以利用我们的print2mold 服务，定制3D打印而成的注塑模具，能为55多种耐磨损特种塑料进行注塑生产，可做复杂几何的产品，交期快。
柔性电缆
chainflex®高柔性电缆产品系列中包括适用于焊接任务的电缆，其中一些电缆已应用于水下环境，主要是在受控水池中。它们甚至能够承受高达 1.8 x 105 格雷的辐射，适用于核反应堆焊接应用。
直线导轨
drylin® 直线滑动轴承的直线导轨提供多种材料选项，其中316不锈钢和304不锈钢最适合于水下环境，并且可以与多种drylin直线滑动轴承配合使用。而硬化不锈钢材料在水下运行时可能会面临腐蚀问题，因此不适合此类应用。此外，我们还提供带有步进电机的水下线性执行器。
防水电机
易格斯可提供IP65和IP68防水等级的步进电机，分别设计用于防喷水和水下应用。IP68水下型号可以在深达10米的水域中使用，因而非常适合浅水环境下的各种应用需求。对于长时间深海作业，建议您在模拟水压的环境中对电机进行测试，以确认承压能力和耐腐蚀性。
总之，尽管水下焊接技术仍在发展的初期阶段，但我们有充分的理由支持其广泛应用。这项技术不仅能够有效预防潜水作业人员的疾病、降低死亡风险，同时也能显著提升焊接的效率和质量。随着培训的普及和潜水作业的安全性提升，未来的前景十分乐观，尤其是在机器人技术的助力下。
（ igus易格斯）
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