焊接实验实践教学

焊接是一门实践性非常突出的学科。我校近几年焊接人才供需矛盾日益突出，其中对具有创新思维的焊接应用型人才的需求尤为紧迫。所以在焊接人才培养中，创新实践的能力尤为重要。但是，由于受当前教学的宽口径人才培养思想和经费限制，我校原焊接专业方向的实践环节、实际动手能力培养在教学内容中比例偏少。

这就造成对学生创新能力、工程思维能力培养也相当不足。具体体现在，目前某些课程的实验教学仍然依附于理论教学。虽然，目前许多高校（包括我校）的焊接专业方向，在实践教学环节也进行了大力改革，独立开设了实验课程，但其实验内容大多还是验证性实验，只是将原来依附于每门理论课程的实验项目机械地组合在了一起。综合性实验数目少，且对学生的工程意识、实践能力、动手能力、分析解决问题的能力锻炼不够。针对以上问题，在半固态搅拌钎焊技术研发过程中，重点培养了学生的创新动手实践能力和创新型实践思维方式。

1焊接创新实验应遵循的指导

1.1建立科学的焊接创新思维方式。

在实验过程中，引导学生在实验过程原则中自主设计和思考，引导学生以学科交叉理论为基础综合思考和分析问题,引导学生以批判性辩证思维方式分析问题和解决问题，培养学生具有团队合作的精神。

1.2实验内容主要采用创新的实验方法探索某些难焊材料、物理化学不相容材料的焊接问题，提高焊接效率或改进焊接方法的新焊接工艺，抑制焊接有害界面反应的新工艺方法。主要实验内容如下：焊接新工艺、新材料；新型焊接设备。

2“半固态搅拌钎焊”创新实验思路及主要内容

2.1半固态搅拌钎焊实验项目的提出

该创新实验项目首先以焊接性差的铝基复合材料为研究对象。铝基复合材料具有高比强度、高比弹性模量、高尺寸稳定性等优点，在航天领域和武器装备领域具有重大潜在的使用价值。但是由于该材料的焊接性差，极大限制了该种材料进一步推广和应用。

作者基于多年半固态焊接研究的基础,率先提出了创新型“铝基复合材料的半固态搅拌钎焊新技术”。该项技术焊接原理如图1所示，在半固态连接过程中通过施加适当的搅拌力场使半固态合金中固相部分流变挤压、破碎以至去除待焊表面的氧化膜，使得半固态合金中液相部分与复合材料基体发生适当的扩散溶解，从而实现焊料与复合材料基体的冶金结合。该技术拟在非真空、低温条件下实现铝基复合材料的高效连接。因此，“铝基复合材料的半固态搅拌钎焊”创新实验项目充分体现新材料、新工艺和新装备“三新技术”的应用。

2.2半固态搅拌钎焊实验系统的初步建立

虽然该实验技术在理论上具有一定的可行性，但是，如何在设备上加以实现，是摆在参加该项创新实验所有学生面前的一道难题。指导老师对该项创新实验提出明确的要求：

2.2.1首先明确试验系统基本组成单元，即由旋转搅拌、行走、加热和测控温等单元组成，并据此对试验小组成员进行了明确分工；

2.2.2试验装置结构力求简单、实用,能保证实现该项焊接技术的基本功能；

2.2.3该试验装置的各组成单元和所需材料最好立足实验室现有的设备和材料，以节约该实验项目的成本。

在明确该项创新实验基本要求后,学生对该设备的整体方案进行了充分的调研和论证。在确定方案后，进入图纸设计、设备加工和后期的设备安装和调试阶段。通过以上步骤的实施,初步建立半固态搅拌钎焊实验系统，如图2、3所示。其主要由行走小车（由埋弧焊行走部分改造而成）、旋转机构（由手电转改造而成）、焊接平台、加热系统、测控温系统所组成。实践表明，该实验系统已能基本实现搅拌钎焊的功能。重要的是，通过该实验系统的研制大大地提高了学生动手实践能力。另外，学生运用所学的电子电工学、机械设计基础等理论知识，分析焊接速度、旋转速度等焊接参数的测量与控制原理和特点，找出现有焊接实验设备的不足，并应用机电一体化的理论知识提出改进方案与措施,以便提高焊接设备的精准度和自动化程度。如对旋转机构转速测控单元进行改造，可实现旋转搅拌参数精准控制。因此，通过该实验系统的研制极大地提高了学生综合分析问题的能力,并为培养学生的创新思维能力创造了有利条件。尤为重要的是，使学生充分意识到，即使利用现有简单的设备,依然可使创新设想变为现实，从而激励学生在日常工作中能进行创新实践活动。

2.3钎料层类型和焊接参数优化确定

在铝基复合材料的半固态钎焊过程中，Zn-Al钎料合金不同Zn含量对焊接成败起到非常关键作用。这主要因为通过降低钎料中Zn含量可扩大钎料的固液区间，将助于降低焊接温度参数的敏感性，从而提高焊接结果的稳定性。另外，在焊接实验的探索阶段,焊接成功率较低。但通过对成功案例的分析，积极引导学生摸索和揭示焊接实践过程中偶然现象中的必然因素。

也就是说明该项技术在原理上是可行的，但是在工艺上还不成熟。这需要通过研究焊接温度、搅拌头旋转速度等工艺参数对搅拌钎焊接头的微观结构和力学性能的影响规律来确定各参数的主次和交互作用，最终选择优化的焊接工艺参数。故通过焊接创新实验，学生不仅学习到相关性能检测方法，增强了解决实际工程问题的能力，同时，也有助于学生建立批判性辨证思维方式，从而增强学生的创新能力。

3焊接创新实验取得的教学成果

我校焊接教学团队在半固态搅拌钎焊创新实践的基础上，先后指导学生进行了多项创新实验项目，取得了显著的创新教学成果，并形成了一套完整的焊接创新实验教学体系。近3年来，以焊接创新实验项目为基础，开展了2005~2007级本科生的课程设计和毕业设计。