（1）水下干式高压焊接
海底管道维修干式舱与管道焊接机器人
2002年-2006年，研究中心与海洋石油工程股份有限公司合作，完成了国家“十五”863重大项目“水下干式管道维修系统”之“水下干式高压焊接”子课题。高压环境电弧行为与常压环境存在重大差异，电弧稳定性差。本课题建造了国内最大的水下干式高压焊接试验装置，研制了国内第一台遥控操作的海底管道维修焊接机器人，开发了国内第一套海底管道高压焊接工艺。
水下干式高压焊接试验装主要由高压焊接实验舱、配气储罐、管道、仪表和中央控制台等组成。高压焊接实验舱设计压力1.5Mpa，采用液压驱动快开舱门结构，使用安全、方便、高效，筒体内径达到1.6m，可以实现直径600mm管道的全位置焊接，能够满足100米以内海底管道维修焊接设备和工艺试验研究的需要，也可以进行平板任意空间位置的焊接试验研究，满足不同空间位置水下结构物维修的需要。高压焊接实验舱舱内安装了CCD，用于舱外遥操作焊接，安装了电流传感器和电压传感器，用于焊接过程电参数采集，并且配备了高速摄像机用于熔滴过渡过程研究。
海底管道维修焊接机器人主要由位于水下干式舱内的焊接机头、可编程控制器、冷却水箱、摄像机，以及位于水面的焊接电源、视频监控系统、控制盒等组成。采用位于船上的焊工与水下干式舱内的潜水员协同配合的遥操作工作模式，提高了焊接质量和工作效率，显著降低了对于舱内潜水员的焊接资质要求，节约了工程成本，符合我国潜水焊工严重短缺的实际情况。采用高压环境弧压反馈技术，由控制程序自动调节钨极与工件的相对距离，解决了管道维修现场组对困难错边较大影响焊接质量的难题，结合高压环境视频监控技术，实现了海底管道遥操作全位置焊接，遥操作距离达到100m。采用脉冲电流结合焊接参数优化进行封底焊接，实现了海底管道高压环境单面焊接双面成型。此外，为了满足海底管道维修的特殊需要，还突破了接触引弧、高压环境弧长控制和海洋环境低压供电等技术。
在气体爆炸试验证明高压空气虽然显著助燃但不爆炸的前提之下，海底管道高压焊接工艺首次采用高压空气作为干式舱内加压排水气体，大大降低了工程成本，符合国情，便于推广。该焊接工艺解决了高压空气助燃、高压空气环境熔池保护困难等技术难题，管道接头焊接质量达到美国焊接学会水下焊接标准AWS D3.6M: 1999规定的A类接头质量标准即相当于陆上焊接接头的质量水平。
水下干式高压焊接于2006年11月在渤海湾进行了成功的海上试验。
（2）核电厂检修用水下焊接技术
上海核工厂研究设计院专家观摩水下焊接实验系统演示
为了加大清洁能源供应，我国大批核电站正在建设之中。但是，先进的核电站检修技术掌握在西方核电强国手中，成为影响我国核电安全运行的技术短板。2006年-2008年研究中心与上海核工程研究设计院合作，完成了国防科工委重大项目“堆内构件在役维修技术研究”之“核电厂检修用水下焊接技术”，成功建成了我国第一套核电厂检修水下焊接实验系统，开发了我国第一套不锈钢水下自动焊接工艺。
水下焊接实验系统主要由水下焊接试验舱和位于舱内的水下自动焊接设备组成。水下焊接试验舱采用为立式压力容器，与反应堆堆芯压力容器类似。试验舱下部充水、上部充气，上部气体形成与模拟水深相当的压力环境，试验舱最高工作压力0.3MPa，筒体内径1.6米，高度3.6米，模拟水深30米，能够满足核电站压力容器内或外构件水下维修焊接试验的需要。为了实现全过程和全范围的密闭试验舱内的视频监控，设计了3套摄像系统，分别监视舱内水面场景、舱内水下设备和焊接过程。
水下焊接机头位于水下焊接试验舱内，由升降机构和焊接滑台组成。升降机构将三维焊接滑台升降到待焊构件合适高度，焊接滑台由行走机构、焊缝跟踪机构、摆动机构和高低调节机构组成，实现焊枪与待焊构件之间的相对运动。升降机构和焊接滑台的全部运动机构，均采用液压油缸驱动，油缸为不锈钢材质，与电机驱动相比，液压油缸驱动简化了部件的水下密封。焊接时，操作者通过手控盒和监视器，在舱外进行焊接机头的遥操作。为了适应反应堆压力容器相对狭窄空间的限制，焊接干式空间的营造不是采用大型水下干式舱，而是采用仅仅包裹焊枪的局部排水气罩，紧凑的结构合于核电行业应用。气罩采用聚丙烯腈基碳纤维毡作为气罩密封垫，在实现良好排水与隔水效果的同时保证了气罩的良好移动性与优异阻燃性能。
水下焊接工艺采用实芯焊丝进行了304、321不锈钢焊接，焊接方法为MIG焊接，采用脉冲电流控制焊接热输入，对于高辐射材料而言能够非常有效地抑制氦聚集裂纹。本焊接工艺一方面选择合适的保护气体流量结合合理设计的排水气罩，焊接烟雾有效排出，可见度高、防止了盲焊，另一方面优选焊接速度等参数，从而保证了焊接区域足够干燥、焊缝缓冷，降低了焊缝氢含量。焊接成功的304不锈钢15米水深堆焊层外形良好。
（3）海底管道铺设双车双炬焊接工作站
双车双炬管道焊接工作站
我国陆上和海上油气输送管线铺设量巨大，但是长期以来自动焊接一直采用国外的设备，例如美国美国CRC-Evans公司的P600型管道自动焊机、法国Serimmax公司的Saturnax 05管道自动焊机。2006年-2010年研究中心与海洋石油工程股份有限公司合作，完成了国家“十一五”863计划海洋技术领域重大项目“深水海底管道铺设技术”子课题“深水海管铺设焊接工艺及设备国产化技术研究”，研制成功了双车双丝管道焊接工作站，开发了自动焊接工艺。管道焊接工作站采用2套完全相同的双丝焊接系统。
与现有的多数管道自动焊接系统相比，研究中心开发的双车双丝管道焊接工作站具备突出的技术优点。一是焊车行走同步驱动，焊接行走采用2个伺服电机驱动，2个电机的同步是通过驱动器内置的同步控制程序来实现的。二是车载计算，焊车行走、焊枪横向摆动、焊枪高低调整的4个驱动器集成在焊接小车车体之上，驱动器具备很高的智能，减少了大量的连接电缆。驱动器自带模拟量输入接口，三是控制系统采用基于CANOpen总线的设计，实现了主控单元与焊接电源、手控盒和焊接小车之间的数据交换，并能通过Ethernet以太网络实现更高层次的数据交互，不仅各个单元之间连接线缆大为减少，而且焊接系统可扩展性得到巨大提高。
研制成功的焊接小车外形尺寸严格控制在370mm×285mm×175mm 以内，能够满足在现场狭小空间进行焊接的需要。焊接小车重量小于16Kg，较轻的自重有利于大幅度降低操作人员的工作强度。焊接小车主要由小车锁紧机构、小车底板、小车行走机构、焊枪横向摆动机构、焊枪高低调整机构和焊枪组件等组成。小车锁紧机构安装在小车底板下面，采用滑杆-弹簧结构式，锁紧快速可靠。小车行走机构、焊枪横向摆动机构安装在小车底板上面，而焊枪高低调整机构、焊枪组件则顺次安装在焊枪横向摆动机构外侧。
坡口直接影响焊接生产效率。研究中心的管道焊接工作站采用窄间隙J型坡口，该坡口与传统V型坡口、组合V型坡口等相比，焊丝填充量显著减少、焊接效率大幅度提高。但是，窄间隙坡口容易产生侧壁未熔合缺陷，此外因为坡口很窄，导电嘴容易接触侧壁而发生短路。为此，专门研制了小型导电嘴及其系列化的延伸段，导电嘴外表面喷涂了绝缘层，防止发生坡口内短路现象。
研究中心开发的双车双丝管道焊接工作站经历了实验室试验、场地试验等诸多环节，并于2010年12月在渤海湾成功地进行了海上试验。在实验过程中，采用该工作站焊接成功了一大批管道焊缝，超声检验和力学性能试验完全达到了API STD 1104-2005标准的要求。
（4）隧道盾构机刀盘刀具高压环境焊接维修技术
隧道盾构机刀盘冲刷管焊接切割维修
随着我国经济的发展，地面交通压力的增大，建设工程开始向地下发展，地下公路、铁路隧道开始大量修建，而盾构机（全称盾构隧道掘进机，Tunnel Boring Machine，TBM）以其施工机械化程度高，施工速度快，施工成本低等特点，被越来越多地应用于各类隧道开挖。盾构机刀盘受到强烈的冲击和高应力的磨料作用，极易发生磨损。刀盘磨损主要发生在刀盘的工作面，尤其在刀盘的外周部位以刀盘与盾壳的间隙位置磨损最为严重。
盾构刀盘维修分为开舱维修和舱内维修（即洞内维修），开舱维修在常压下进行，国内已经能够独立完成，但是开舱维修工期长、费用高，还易造成地表塌陷等事故，特别是在穿越江河湖海、城市繁华地段的场合，不具备开舱的条件，开舱维修几乎是不可能实施的。舱内维修是作业人员在盾构刀盘舱内高气压环境下进行刀盘刀具维修，是作业成本低、作业工期短、作业灵活性最好的维修技术，但是舱内维修涉及大量的高气压条件下的作业，尤其是焊接与切割作业。国内盾构刀盘舱内维修长期以来一直委托给德国北海公司NORDSEETAUCHER GmbH来完成，对隧道掘进成本和工期造成了巨大的影响。
中铁隧道集团有限公司联合北京石油化工学院等单位完全自主开发的隧道盾构机刀盘刀具高压环境检修成套技术，包括地下高压作业空间构建及维持安全保障技术、高压环境下盾构机进舱人员操作安全保障技术、地下高压作业空间内盾构刀盘焊接切割修复工艺技术、盾构机刀盘维修安全作业保障技术文件体系、高压环境下盾构机刀盘焊接切割维修队伍等组成部分。2012年9月，在北京地下直径线项目泥水盾构的气垫舱内进行了焊条焊与碳弧气刨工艺试验，试验压力为1.5bar-4bar。2013年3月，在北京地下直径线项目泥水盾构的刀盘舱内进行了刀盘刀具维修，作业环境压力为1.7bar，作业内容包括筋板切割、冲刷管切割和焊接以及部分刀具的维修，作业人员总计作业舱数为45舱。2015年2月12日，“盾构高压环境下动火修复关键技术研究”荣获中国铁路工程总公司科学技术奖特等奖。
（5）海底管道自动化清理装备
海底管道混凝土配重层水下高压水射流破碎清除系统
中海油湛江分公司为保障香港天然气供应，开展了文昌气田群接入、东方13-2气田群接出崖城海管水下开孔作业项目，本实验室基于以前的水下作业经验，承担了其中海底管道混凝土配重层水下高压水射流破碎清除系统和接入、接出崖城海管水下开孔处海管密封面抛光设备的设计开发工作。两套系统均在水下35m和水下105m的两处作业点进行了工程应用，且取得了良好效果。基于以上两套系统的高效作业，整体工程项目最终提前一个月完工，并向香港中电公司稳定供气。中海油总公司对本项目的评价为“达到世界级作业水平”。