近年來(lái)，激光技術(shù)與智能焊接領(lǐng)域迅猛發(fā)展，在高端制造、能源、航天等關(guān)鍵行業(yè)中扮演著日益重要的角色。在本期播客節(jié)目，我們有幸專訪了上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張軻教授，圍繞激光技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、智能化應(yīng)用、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合等議題展開(kāi)深入探討。張教授結(jié)合團(tuán)隊(duì)多年的研究與實(shí)踐，分享了諸多前沿洞察與典型案例。以下內(nèi)容根據(jù)采訪整理形成。

張軻教授

1.激光產(chǎn)業(yè)的“兩極化”發(fā)展 00:54
2.AI與激光技術(shù)的深度融合 10:22
3.激光設(shè)備的自動(dòng)化挑戰(zhàn) 20:42
4.產(chǎn)學(xué)研問(wèn)題探討 24:11
5.上海交大與中石油合作項(xiàng)目介紹 28:44
6.從激光焊接看能源領(lǐng)域的開(kāi)拓應(yīng)用 38:08

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兩極突破，從“超薄”到“超厚”
回顧2025年激光行業(yè)的整體發(fā)展，張教授認(rèn)為，當(dāng)前激光技術(shù)在醫(yī)療、汽車、3C等領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，尤其在國(guó)產(chǎn)激光器實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破、成本大幅降低后，普及速度明顯加快。例如在薄板焊接領(lǐng)域，激光已逐步取代傳統(tǒng)弧焊，成為低碳鋼、不銹鋼等材料加工的主流選擇。

未來(lái)，激光技術(shù)的突破方向?qū)⒓性趦蓚€(gè)極端領(lǐng)域：極薄加工與極厚焊接。在極薄與微尺度加工上，超快激光憑借極短的脈沖時(shí)間（皮秒至飛秒級(jí)別），能夠在原子尺度上進(jìn)行加工，幾乎不產(chǎn)生熱影響，從而實(shí)現(xiàn)“冷加工”。目前，這種技術(shù)已廣泛應(yīng)用于手機(jī)屏幕切割、電路板加工、船舶表面涂層改性等場(chǎng)景，成為高精度、高質(zhì)量加工的重要工具。

全球首臺(tái)“華龍一號(hào)”堆內(nèi)構(gòu)件焊接制造中

而在極厚焊接領(lǐng)域，隨著大功率激光技術(shù)不斷成熟與成本下探，在核電、重型裝備等行業(yè)的優(yōu)勢(shì)尤為凸顯。張教授以核聚變裝置“小太陽(yáng)”真空室壁焊接為例，傳統(tǒng)方法焊接268mm厚筒體需耗時(shí)一個(gè)多月，歷經(jīng)幾百道焊縫。

通過(guò)30kW級(jí)高功率激光可以實(shí)現(xiàn)單道焊透48mm、雙面焊透80mm，焊接周期縮短至三四天，效率提升十幾倍，且變形量?jī)H為傳統(tǒng)方法的幾十分之一。

更為重要的是，這不僅是效率的飛躍，更為后續(xù)加工節(jié)省了大量材料與成本，單件節(jié)約可達(dá)數(shù)百甚至上千萬(wàn)元。在極端制造領(lǐng)域，超厚件、大構(gòu)件的高效焊接，已成為激光技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

工藝攻堅(jiān)，應(yīng)對(duì)高端場(chǎng)景挑戰(zhàn)
雖然激光在應(yīng)對(duì)普通傳統(tǒng)材料加工方面，游刃有余。但激光在航空航天、核電等高要求場(chǎng)景中，仍面臨一系列挑戰(zhàn)。例如，航天使用的超高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度超過(guò)1800MPa，但其金屬流動(dòng)性差、易產(chǎn)生氣孔，且激光焊接快速凝固的特點(diǎn)容易導(dǎo)致材料的韌性不足。解決這些難題，還需要從材料、工藝、過(guò)程控制等多方面進(jìn)行系統(tǒng)突破。

過(guò)去一年，商業(yè)航天成為熱搜頭條的“?？?rdquo;。張教授介紹，國(guó)內(nèi)外在商業(yè)航天領(lǐng)域均積極探索新材料路徑。目前，國(guó)內(nèi)主要有兩種技術(shù)路線：一是傳統(tǒng)方法，采用鋁合金骨架結(jié)合碳纖維纏繞；二是借鑒SpaceX的思路，采用不銹鋼箭體。

不銹鋼雖然密度較高，但對(duì)應(yīng)的激光焊接工藝相對(duì)成熟，從零點(diǎn)幾毫米到幾十毫米厚度均有很好的應(yīng)用實(shí)踐，更適合當(dāng)前快速迭代的商用需求。不銹鋼箭體的激光制造已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，而超高強(qiáng)鋼的激光焊接仍在攻關(guān)中。

除先進(jìn)激光加工技術(shù)，自動(dòng)化和機(jī)器人焊接是張教授的另一主要研究領(lǐng)域。他談到，隨著機(jī)器人技術(shù)與人工智能的發(fā)展，激光焊接正從“自動(dòng)化”邁向“智能化”。在焊前自主編程與感知方面，通過(guò)視覺(jué)傳感器可以獲取焊縫三維模型，實(shí)現(xiàn)軌跡自主規(guī)劃與工藝參數(shù)自適應(yīng)匹配，無(wú)需人工示教，尤其適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

在焊中實(shí)時(shí)調(diào)控與跟蹤方面，通過(guò)人工智能算法和大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)焊縫間隙、錯(cuò)邊等變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整焊接參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)軌跡自適應(yīng)跟蹤，以應(yīng)對(duì)工件熱變形等問(wèn)題，保障長(zhǎng)焊縫、大構(gòu)件的焊接質(zhì)量一致性。

最后，在焊后檢測(cè)與評(píng)估方面，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了“原位”檢測(cè)技術(shù)。利用搭載在機(jī)器人上的傳感器，實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的原位掃描與評(píng)估，不僅可檢測(cè)缺陷位置與尺寸，還可對(duì)焊縫成形、寬度、余高等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，極大提升了檢測(cè)效率與信息維度。

目前，張教授參與的多個(gè)航天項(xiàng)目中，已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)了焊前、焊中、焊后的全鏈條智能化應(yīng)用，推動(dòng)焊接從“經(jīng)驗(yàn)依賴”走向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”。

談及人工智能對(duì)行業(yè)的影響，張教授表示，目前行業(yè)主要依托深度學(xué)習(xí)進(jìn)行工藝預(yù)測(cè)，但要實(shí)現(xiàn)在線材料識(shí)別與參數(shù)自匹配，需構(gòu)建完整的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。例如，通過(guò)光譜相機(jī)在焊前識(shí)別材料類型，并調(diào)用對(duì)應(yīng)工藝參數(shù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)一定程度的自動(dòng)化。此外，垂直領(lǐng)域大模型正成為重要方向。

針對(duì)焊接管道這類特定場(chǎng)景，構(gòu)建專業(yè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的行業(yè)大模型，能夠?qū)崿F(xiàn)更精準(zhǔn)的工藝推薦與決策支持。然而，當(dāng)前仍面臨數(shù)據(jù)獲取不全、模型可靠性不足等挑戰(zhàn)。AI在焊接中的應(yīng)用，核心是數(shù)據(jù)與場(chǎng)景的結(jié)合。未來(lái)，專業(yè)化、閉環(huán)化的行業(yè)模型將逐步落地。

深度融合，從“實(shí)驗(yàn)室”到“生產(chǎn)線”
在高校產(chǎn)學(xué)研問(wèn)題探討上，張教授指出，現(xiàn)在企業(yè)對(duì)技術(shù)的需求已走在高校的前面。高校的許多實(shí)驗(yàn)室成果屬于“示范級(jí)”，或者說(shuō)只是樣件的工藝測(cè)試。從“實(shí)驗(yàn)室”到“生產(chǎn)線”的轉(zhuǎn)化，為企業(yè)帶來(lái)真正“產(chǎn)品級(jí)”解決方案，仍需跨越從材料、工藝到裝備、自動(dòng)化的全鏈條鴻溝。

上海交大與中石油合作項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工圖

張教授以與中石油的某個(gè)合作項(xiàng)目舉例，針對(duì)管道焊接自動(dòng)化、智能化的迫切需求，學(xué)校跨學(xué)科組織了焊接工藝、機(jī)器人、傳感技術(shù)、云平臺(tái)等多領(lǐng)域的專家，共同構(gòu)建覆蓋管道預(yù)制、對(duì)接、焊接、檢測(cè)的全流程解決方案，并成立了“具身智能聯(lián)合研究中心”，推動(dòng)技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)景中的落地。產(chǎn)學(xué)研合作不再是單點(diǎn)技術(shù)輸出，而是多學(xué)科協(xié)同、系統(tǒng)化解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程。

展望2026年，張教授認(rèn)為，激光焊接將繼續(xù)在能源、航天、造船等領(lǐng)域持續(xù)拓展。尤其是儲(chǔ)能行業(yè)，隨著全球人工智能的高速發(fā)展，算力競(jìng)爭(zhēng)加劇，帶動(dòng)電力需求持續(xù)攀升。抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、液氣儲(chǔ)能等大型儲(chǔ)能設(shè)施建設(shè)進(jìn)入快車道，其中涉及大量高壓管道與容器的焊接需求，這些都將成為激光焊接的“主戰(zhàn)場(chǎng)”。

以上這些設(shè)施多建于偏遠(yuǎn)山區(qū)，人工短缺、環(huán)境惡劣，自動(dòng)化與智能化焊接不僅是工藝升級(jí)，更是必然選擇。目前，上海交大正與多家能源企業(yè)合作，推動(dòng)大功率激光焊接與智能機(jī)器人系統(tǒng)在儲(chǔ)能制造中的應(yīng)用，助力國(guó)家能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

編輯手記
從極薄加工到極厚焊接，從工藝突破到系統(tǒng)智能，激光技術(shù)正以前所未有的深度與廣度融入中國(guó)制造的核心環(huán)節(jié)。而跨學(xué)科協(xié)同、產(chǎn)學(xué)研貫通，將成為推動(dòng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線、從示范走向普及的關(guān)鍵路徑。

在智能制造與能源變革的雙重浪潮中，激光焊接不僅是一種工藝，更是支撐國(guó)家重大工程與產(chǎn)業(yè)升級(jí)的基礎(chǔ)力量。