播客丨从商业航天到能源管道，激光“焊”卫国家重大工程

近年来，激光技术与智能焊接领域迅猛发展，在高端制造、能源、航天等关键行业中扮演着日益重要的角色。在本期播客节目，我们有幸专访了上海交通大学材料科学与工程学院张轲教授，围绕激光技术发展趋势、智能化应用、产学研结合等议题展开深入探讨。张教授结合团队多年的研究与实践，分享了诸多前沿洞察与典型案例。以下内容根据采访整理形成。

 

张轲教授

 

1.激光产业的“两极化”发展 00:54
2.AI与激光技术的深度融合 10:22
3.激光设备的自动化挑战 20:42
4.产学研问题探讨 24:11
5.上海交大与中石油合作项目介绍 28:44
6.从激光焊接看能源领域的开拓应用 38:08

（扫描二维码，跳转播客页面）

 

两极突破，从“超薄”到“超厚”
回顾2025年激光行业的整体发展，张教授认为，当前激光技术在医疗、汽车、3C等领域已实现规模化应用，尤其在国产激光器实现技术突破、成本大幅降低后，普及速度明显加快。例如在薄板焊接领域，激光已逐步取代传统弧焊，成为低碳钢、不锈钢等材料加工的主流选择。

 

 

未来，激光技术的突破方向将集中在两个极端领域：极薄加工与极厚焊接。在极薄与微尺度加工上，超快激光凭借极短的脉冲时间（皮秒至飞秒级别），能够在原子尺度上进行加工，几乎不产生热影响，从而实现“冷加工”。目前，这种技术已广泛应用于手机屏幕切割、电路板加工、船舶表面涂层改性等场景，成为高精度、高质量加工的重要工具。

 

全球首台“华龙一号”堆内构件焊接制造中

 

而在极厚焊接领域，随着大功率激光技术不断成熟与成本下探，在核电、重型装备等行业的优势尤为凸显。张教授以核聚变装置“小太阳”真空室壁焊接为例，传统方法焊接268mm厚筒体需耗时一个多月，历经几百道焊缝。

 

通过30kW级高功率激光可以实现单道焊透48mm、双面焊透80mm，焊接周期缩短至三四天，效率提升十几倍，且变形量仅为传统方法的几十分之一。

 

 

更为重要的是，这不仅是效率的飞跃，更为后续加工节省了大量材料与成本，单件节约可达数百甚至上千万元。在极端制造领域，超厚件、大构件的高效焊接，已成为激光技术发展的重要趋势。

 

 

工艺攻坚，应对高端场景挑战
虽然激光在应对普通传统材料加工方面，游刃有余。但激光在航空航天、核电等高要求场景中，仍面临一系列挑战。例如，航天使用的超高强度钢的强度超过1800MPa，但其金属流动性差、易产生气孔，且激光焊接快速凝固的特点容易导致材料的韧性不足。解决这些难题，还需要从材料、工艺、过程控制等多方面进行系统突破。

 

过去一年，商业航天成为热搜头条的“常客”。张教授介绍，国内外在商业航天领域均积极探索新材料路径。目前，国内主要有两种技术路线：一是传统方法，采用铝合金骨架结合碳纤维缠绕；二是借鉴SpaceX的思路，采用不锈钢箭体。

 

 

不锈钢虽然密度较高，但对应的激光焊接工艺相对成熟，从零点几毫米到几十毫米厚度均有很好的应用实践，更适合当前快速迭代的商用需求。不锈钢箭体的激光制造已进入实际应用阶段，而超高强钢的激光焊接仍在攻关中。

 

除先进激光加工技术，自动化和机器人焊接是张教授的另一主要研究领域。他谈到，随着机器人技术与人工智能的发展，激光焊接正从“自动化”迈向“智能化”。在焊前自主编程与感知方面，通过视觉传感器可以获取焊缝三维模型，实现轨迹自主规划与工艺参数自适应匹配，无需人工示教，尤其适用于大型复杂结构。

 

在焊中实时调控与跟踪方面，通过人工智能算法和大数据技术，可以在焊接过程中实时检测焊缝间隙、错边等变化，动态调整焊接参数，并实现轨迹自适应跟踪，以应对工件热变形等问题，保障长焊缝、大构件的焊接质量一致性。

 

 

最后，在焊后检测与评估方面，现在已经出现了“原位”检测技术。利用搭载在机器人上的传感器，实现焊接质量的原位扫描与评估，不仅可检测缺陷位置与尺寸，还可对焊缝成形、宽度、余高等进行综合评价，极大提升了检测效率与信息维度。

 

目前，张教授参与的多个航天项目中，已经逐渐实现了焊前、焊中、焊后的全链条智能化应用，推动焊接从“经验依赖”走向“数据驱动”。

 

谈及人工智能对行业的影响，张教授表示，目前行业主要依托深度学习进行工艺预测，但要实现在线材料识别与参数自匹配，需构建完整的工艺数据库。例如，通过光谱相机在焊前识别材料类型，并调用对应工艺参数库，可实现一定程度的自动化。此外，垂直领域大模型正成为重要方向。

 

针对焊接管道这类特定场景，构建专业数据驱动的行业大模型，能够实现更精准的工艺推荐与决策支持。然而，当前仍面临数据获取不全、模型可靠性不足等挑战。AI在焊接中的应用，核心是数据与场景的结合。未来，专业化、闭环化的行业模型将逐步落地。

 

 

深度融合，从“实验室”到“生产线”
在高校产学研问题探讨上，张教授指出，现在企业对技术的需求已走在高校的前面。高校的许多实验室成果属于“示范级”，或者说只是样件的工艺测试。从“实验室”到“生产线”的转化，为企业带来真正“产品级”解决方案，仍需跨越从材料、工艺到装备、自动化的全链条鸿沟。

 

上海交大与中石油合作项目现场施工图

 

张教授以与中石油的某个合作项目举例，针对管道焊接自动化、智能化的迫切需求，学校跨学科组织了焊接工艺、机器人、传感技术、云平台等多领域的专家，共同构建覆盖管道预制、对接、焊接、检测的全流程解决方案，并成立了“具身智能联合研究中心”，推动技术在实际场景中的落地。产学研合作不再是单点技术输出，而是多学科协同、系统化解决实际问题的过程。

 

展望2026年，张教授认为，激光焊接将继续在能源、航天、造船等领域持续拓展。尤其是储能行业，随着全球人工智能的高速发展，算力竞争加剧，带动电力需求持续攀升。抽水蓄能、压缩空气储能、液气储能等大型储能设施建设进入快车道，其中涉及大量高压管道与容器的焊接需求，这些都将成为激光焊接的“主战场”。

 

以上这些设施多建于偏远山区，人工短缺、环境恶劣，自动化与智能化焊接不仅是工艺升级，更是必然选择。目前，上海交大正与多家能源企业合作，推动大功率激光焊接与智能机器人系统在储能制造中的应用，助力国家能源基础设施建设。

 

 

编辑手记
从极薄加工到极厚焊接，从工艺突破到系统智能，激光技术正以前所未有的深度与广度融入中国制造的核心环节。而跨学科协同、产学研贯通，将成为推动技术从实验室走向生产线、从示范走向普及的关键路径。

 

在智能制造与能源变革的双重浪潮中，激光焊接不仅是一种工艺，更是支撑国家重大工程与产业升级的基础力量。