时间：2022-09-19 02:50:44
（北华航天工业学院金属材料系，河北廊坊065000）
摘要：作为材料表面强化技术之一，等离子热源在材料表面喷焊技术是本论文的主要研究方向。在不同条件下使用等离子喷焊技术喷焊WF372铁基合金粉末，而后对各喷焊层进行硬度特性和显微组织等分析，通过对离子喷焊的工艺参数的调整，分析工艺参数对喷焊层性能的影响。
关键词 ：Q235钢；铁基合金粉末；喷焊层；耐磨性
中图分类号：O59文献标识码：A文章编号：1671—1580（2014）07—0153—02
收稿日期：2013—12—28
作者简介：白雪松（1991— ），男，吉林白城人。北华航天工业学院金属材料系本科生，研究方向：金属材料学。
通过以往实验案例分析可知，合金粉末WF372等离子喷焊后可形成具有一定耐磨性的合金涂层。等离子喷焊层是由各种化合物硬质相和基体组成，形成含有化合物的等离子喷焊层，这些含有化合物的喷焊层具有更好的硬度和耐磨性。通过对以往案例进行分析得出工艺参数，喷焊电流保持在140A时，喷焊电压保持在14V时，得到最佳耐磨性，约提升耐磨性20倍以上。
一、等离子喷焊在国内外的发展及应用
20世纪40年代末期，我国的喷焊技术才开始起步。60年代中期，我国开始着手研发等离子喷涂设备和自熔性合金粉末制造技术。到了80年代，热喷涂技术有了革命性的进步。我国完成了对超音速火焰喷涂技术的自主研发，同时，热喷涂设备中电子计算机的应用使得热喷涂涂层向着更精密化、更细致化的方向发展。
国外专家对等离子弧热喷焊技术的研发起步较早，现已形成了颇具规模的集研发、生产为一体的综合基地。不同公司之间有着拥有自己独立知识产权的系列产品，并且通过多年的实际应用，不断地进行改进与完善。
二、实验材料设备及研究方法
（一）实验材料
1.实验基体材料
实验时基体材料选用Q235碳素结构钢，尺寸大小为57×25.5×6mm，其主要化学成分见表1。
考虑到成本问题，本实验采用WF372铁基合金粉末进行研究。
2.实验设备
包括喷焊设备、金相试样抛光机、金相显微镜、洛氏硬度计、显微硬度计、磨损试验机。
（二）等离子喷焊工艺实验
1.合金粉末准备
每次实验前，需要对合金粉末进行烘干处理。烘干处理主要是使水分蒸发，为后续喷焊试验质量提供保证。
2.喷焊试件准备
温度、湿度、散热速度等焊接环境对焊接质量都有着较大的影响。试验选取了Q235钢材作为基材，其规格为57mm×25.5mm×8mm。在进行等离子弧粉末喷焊处理前，使用机械打磨法去除工件表面在轧制、切削等工艺过程中产生的油污，清理表面的铁锈、表面氧化物等污物，并且使用丙酮进行清洗以获得洁净表面。
本实验选取对喷焊层影响相对较大的变量作为焊接参数来分析焊接参数对喷焊层质量以及性能的影响。
实验时的焊接参数等离子气体流量为200 L/h，保护气体流量为200 L/h，送粉气体流量为200 L/h，喷距为10～15 mm，电弧电压电流对应为12V 110A、14V 120A、16V 130A、18V 140A、20V 150A。
三、喷焊层基本性能分析
（一）磨损失重量分析
对WF372合金粉末在不同喷焊电流或喷焊电压下喷焊件的磨损试样进行磨损后，比较其失重量可以定性地得出喷焊层耐磨性的优劣。结论如下：
1.等离子喷焊可以提高Q235基体钢10倍以上的耐磨料磨损的耐磨性。
2.喷焊后，在喷焊电流不变时，随着喷焊电压的增大，耐磨性先升高，再降低。这主要是由于固定电流在140A时，电压在14V时所产生的送粉数度使得熔合比较好。
3.喷焊后，在喷焊电压不变时，随着喷焊电流的增大，耐磨性先升高再降低。这主要是由于固定电压在16V时，电流在140V时使得熔合比较好。
4.粉末在不同参数下喷焊层耐磨性相差不是很大，但喷焊电流数值对喷焊层耐磨性的影响较大。
（二）喷焊层的宏观硬度
冶金结合是涂层材料与基材在界面形成“晶内结合”，喷焊技术是使喷焊材料在基体表面重新熔化以实现焊层与基体之间、焊层内颗粒之间的冶金结合。然后，消除孔隙，使其形成致密组织，让冶金形成缺陷较少，与基体结合强度高。
1.焊接电流140A一定，改变焊接电压，材料力学性能受到的影响
焊接电流稳定在140A时，洛氏硬度的趋势随着焊接电压而变化。由此得出，保持电流不变，随着前期喷焊电压、送粉量的不断增加，喷焊层变厚，熔合比增加，材料稀释度降低，喷焊层合金含量逐渐增高，硬质相不断增大到最大值。而当喷焊电压继续增加时，由于此时焊接电流值不变，焊接电源输出的功率不能完全融化合金粉末，未融化的合金粉末在喷焊层上会造成夹杂、气孔等缺陷，使得喷焊层组织性能被破坏，硬度随之下降。
2.送粉速度保持不变，通过改变焊接电流，材料力学性能受到的影响
当焊接电压为16V不变时，随着焊接电流的增加，洛氏硬度值呈上升趋势，但当焊接电流达到一定数值时，洛氏硬度值又出现下降趋势。由此初步推断：焊接电压恒定，当焊接初期，强力的等离子术使粉末融化达到预期设想，从而产生良好的硬质相，出现缺陷较少，从而导致喷焊层硬度增加且呈上升趋势；但当焊接电流继续增加时，基体材料融化量增加，从而稀释合金粉末，致使喷焊层的合金含量降低，合金粉末产生的硬质相变少，导致喷焊层的宏观洛氏硬度值减小；焊接电流的提高会导致双弧现象的发生，主弧的电流和功率都会受到影响，不稳定的主弧使焊接时保护气的保护效果减弱，致使喷焊层出现缺陷，导致组织性能降低，硬度下降，趋势自然下降。
四、结论
本实验是等离子喷焊实验，实验使用等离子弧喷焊设备对铁基进行自溶性合金粉末喷焊（Q235钢为基材）以获取喷焊层。实验结束后分析喷焊层的组织与性能，主要结论如下：
（一）实验最优喷焊工艺参数是当焊接电流保持140A时，喷焊电压保持14V时。
（二）实验获得结论：当喷焊电流一定时，喷焊层硬度随喷焊电压增加而增加，等到喷焊电压达到一定数值时，喷焊层的硬度开始下降；当喷焊电压一定时，喷焊层硬度也随喷焊电流的增加而增加，直到当喷焊电流增加到一定数值时，喷焊层的硬度才开始下降。
（三）实验得到结论：当喷焊电流一定时，增加喷焊电压，磨损量减少，但当喷焊电压达到一定数值时，磨损量开始增加；当喷焊电压一定时，提高喷焊电流，则磨损量减少。同样，当喷焊电流增加到一定数值时，磨损量开始增加。
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参考文献］
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摘要： 焊接在汽车制造过程中必不可少，不同的焊接技术对汽车产品质量产生不同的影响。本文就目前汽车制造中采用的主要焊接技进行深入研究，分析对比电阻焊、气体保护焊、激光焊的优缺点，分析今后汽车制造中焊接技术的发展趋势。
关键词：汽车焊接 技术现状 发展趋势
1、汽车焊接技术现状
汽车焊接技术是指通过加热或加压，或者两者并用；加或不加填充材料，使汽车零部件与零部件之间，汽车车身与零部件之间达到原子间的结合，形成汽车零部件、车身之间永久性连接的一种工艺方法。汽车焊接技术是汽车工业的三大工艺之一，其汽车焊接技术水平直接决定着汽车产品的质量，在汽车整体外观、车身漏雨、风噪、路噪中起决定因素。21世以来，由于等离子物理、电子束、红外线、真空、超声、声学、微电子等现代科学技术在汽车焊接技术中广泛运用，焊接技术的可靠性、经济性和耐久性成为现代汽车焊接技术研究领域，电阻焊、气体保护焊、激光焊三种各具特色的汽车焊接方法在汽车制造中得到广泛运用。
1.1电阻焊。
电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法，在点焊过程中，影响焊点质量的因素有：焊接电流，焊接压力，电极的端面形状，穿过电极的铁磁性物质，分流等；特别在阻焊设备较多的焊接车间，同时工作的焊机相互感应，对电网产生影响，导致焊接质量的稳定性和一致性较差。因此，电阻点焊控制技术显得尤为重要；目前控制模式已由单模式控制发展为多模式控制；调节参量已由初始的单变量调节发展为多变量调节，在焊接过程中可同时对焊接电流、焊接时间和焊接压力进行调节。
1.2.气体保护焊。用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。 CO2气体保护焊作为一种高效的焊接方法，具有焊接变形小和焊接成本低的特点。同时，CO2气体保护焊在实际应用中还暴露出一些问题：焊接电弧不稳定、飞溅以及未焊透等，对焊缝成形、焊缝的机械性能有较大影响。另外，短路过渡焊接时对焊接电源的动特性要求很高。如果选型错误，稳定焊接电弧的参数范围狭窄，会影响焊接的质量。，
1.3.激光焊。激光焊是利用激光器受激产生的激光束，通过聚焦系统并调焦到焊件接头处，将光能转换为热能，使金属熔化形成接头。与传统的点焊相比，激光焊接在焊接精度、效率、可靠性、自动化、轻量化、降低成本等方面都具有无可比拟的优越性。激光焊接设备的关键是大功率激光器，目前主要有两大类，一类是固体激光器，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，适用于柔性制造系统或远程加工。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，以分子气体作工作介质，可以连续工作并输出很高的功率。但激光焊接要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。否则很容易造成焊接缺陷。
2、汽车焊接技术发展趋势
2.1发展焊接机器人生产系统。在汽车焊接过程中，会产生大量有害气体、焊接烟尘和金属蒸气，人体长期暴露在电弧辐射、高频磁场、噪声和射线下，面临着触电、灼伤、火灾、爆炸、中毒、窒息等危险，对人体健康产生不良影响，同时由于机器人具有重复精度高，焊接质量好、运动速度快、动作稳定可靠、对环境要求低等优点，使焊接机器人在汽车焊接中获得了广泛应用前景。且焊接机器人具有焊钳储存库，可根据焊装部位的不同要求或焊装产品的变更，自动从储存库抓换所需焊钳。在以后汽车焊接中，六自由度点焊机器人和弧焊机器人等焊接机器人生产系统将替代人工进行作业。
2.2发展复合焊接技术。在汽车制造中，焊接质量的优劣是制造商和用户共同关注的焦点，不同的焊接技术焊接的产品质量不同，采用复合焊接技术，取长补短，大胆创新，实现不同焊接技术之间优势互补，发挥不同焊接技术最大的优越性。以激光电弧复合热源焊接技术而言，激光焊与电弧焊是两种不同的焊接工艺，激光焊是通过光纤将能量传输到工件上，而电弧焊则是通过弧柱传输能量，激光焊的热影响区非常窄，焊缝的深宽比很高，具有较高的焊接速度。但由于焦点直径很小，所以焊缝“搭桥”能力很差。电弧焊的能量密度比较低，加热面积较大，焊接速度相对较低。激光电弧复合热源焊接技术是将这两种焊接技术有机结合起来，激光束和电弧同时作用于焊接区，互相影响和支持，从而获得优良的综合性能，在改善焊接质量和生产工艺性的同时，也提高了效率成本比。
2.3广泛应用计算机与信息技术。随着计算机与信息技术在汽车焊接中的运用，促进了传统的焊接生产向“精量化”的制造方式转变。基于虚拟现实建模的机器人焊接过程仿真技术提供了关于工件、夹具和机器人焊枪姿态的三维信息，已大量地应用于焊接过程策划、工艺参数优化以及焊接夹具设计等各个环节。对加快焊接程序的编制、缩短现场调试时间及焊接过程位置信息的准确获取具有重要应用价值。同时，仿真技术也运用于焊缝质量的评估及焊后的应力与变形预测。在新车型设计阶段还可以对多种材料的连接方式及疲劳性能、冲击性能等进行综合考虑，通过对接头的仿真作出适用性评价。以计算机和信息技术为平台的焊接生产过程信息系统对汽车焊接生产过程的质量分析与优化、企业的管理与决策有着非常重要的意义。
3、结论
通过电阻焊、气体保护焊、激光焊的分析对比，大力应用焊接机器人生产系统，将多种焊接技术有机结合，深化计算机和信息技术在汽车焊接自动化、智能化、系统化发面的研究运用，汽车焊接技术必将取得更大的进步。
参考文献：
[1]张晓胜.一汽轿车轻量化技术[A].2009年中国汽车工程学会制造分会年会论文集[C].安徽：中国汽车工程学会制造分会，2009年.
[2]许瑞麟，于成哉，熊万里.汽车车身焊接技术现状及发展趋势[J].电焊机，2011（5）.
关键词：焊工培训；资格鉴定；管理；电力行业
随着科学技术的发展，“焊接技术”由于其独特的特点得到越来越广泛的应用。目前焊接过程大部分还属于手工或机械操作，操作者的技能对工艺过程有较大影响。因此焊工的技能受到广泛的重视，ISO质量标准体系（ISO 9606）及先进工业国家对其均设有专门的规范予以规定。我国亦参照ISO/EN等标准制定了国家标准（GB/T15169-2003钢熔化焊焊工技能评定、GB/T 19805-2005焊接操作工技能评定等）。
同时出于焊工安全及全面职业技能的要求及不同行业应用时对焊接的特殊要求，因此在各国及我国对焊工均制定有相应的涉及安全法规及专业标准培训与资格鉴定的要求。
由于焊接是电力设备中最重要的制造工艺之一，焊接质量的好坏直接关系着电力行业的运行安全，因此一直受到电力行业的高度重视，其焊工培训和管理也是我国开展最早，最完善的行业之一。
目前，我国电力行业焊工培训、资格鉴定及管理的有关情况如下。
1.特种作业人员安全技术培训与鉴定
焊接过程涉及电、光、热、电磁辐射、有害气体、粉尘、易燃易爆气体、高空作业等不安全因素，其安全教育得到重视。我国在1999年10月1曰起便施行《特种作业人员安全技术培训考核管理办法》对此加以管理，其证书采用IC卡形式，俗称“焊工IC卡”。本办法系强制性法规，该办法规定，焊工上岗前须参加特种作业人员安全技术培训并考核合格，其内容主要是焊割技术及安全的基本知识及技能。目前该项工作由国家安全监督局系统实施监管。这项工作通常为属地管理。由于近年来国家对安全生产的重视与法规的完善，政府职能部门执法力度的加强，对无证（特种作业操作证）焊工上岗处罚力度加大，“特种作业人员安全技术培训”工作开展较为正常。
2.职业技能培训及鉴定
我国实行在全社会学业证书和职业资格证书并重的制度。《劳动法》规定：劳动者有接受职业技能培训的权利；《职业教育法》规定：从事技术工种的职工，上岗前必须经过培训。职业资格证书是劳动就业制度的一项重要内容，也是一种特殊形式的国家考试制度。它是指按照国家制定的职业技能标准或任职资格条件，通过政府认定的考核鉴定机构，对劳动者的技能水平或职业资格进行客观公正、科学规范的评价和鉴定，对合格者授予相应的国家职业资格证书。职业技能培训是工人综合素质的培训，通过系统的理论知识与操作技能的培训，使培训者技能全面提升。对于焊工共分五个层次，分别是；一级-高级技师，二级-技师，三级-高级工，四级-中级工，五级-初级工。职业技能培训的时间较长、培训费用较高。目前该项工作由人力资源和社会保障部主管。
3.电力行业焊工专业技能培训及鉴定
基于电力行业对焊接要求的特殊性（材料、接头形式、可靠性等），专门制定了电力行业焊工专业技能培训及鉴定的规定，“DL 612-1996 《电力工业锅炉压力容器监察规程》”中第8.3.1条规定：电力行业“焊接受压元件的焊工，按SD263《焊工技能考核规程》和劳动部《锅炉压力容器焊工考试规程》进行考试，并取得合格证，方可担任相应的受压元件的焊接工作。”目前，SD263《焊工技能考核规程》已经被DL/T 679 《焊工技术考试规程》替代；而《锅炉压力容器焊工考试规程》亦已被2002年颁布的《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》取代。DL/T 679 《焊工技术考试规程》为原国家经贸委在1999年颁布的法规，由电力行业电力锅炉压力容器安全监督管理委员会及其批准的属地电力行业焊工考核中心管理，《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》属于国家质量技术监督检验检疫总局制定并颁布的法规文件，具体由属地政府质量技术监督检验检疫机构管理。
对现行标准内容比较发现：《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》和DL/T679两者对焊工考试的内容和方法基本相同，都是通过焊接理论知识考试和实际操作技能考核来测评焊工的焊接技术能力，只是在实际操作考核时对试件的合格标准和适用焊件的范围有所不同。总的来看，《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》的要求要严于DL/T679的要求的。目前电力行业的焊工最好按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》要求进行考核，基本上能满足DL/T679的要求。建议修订标准时统一焊工考试标准，以降低焊工考试的成本。
4.上述三者培训内容及鉴定要求的相互关系
第1部分：特种作业人员安全技术培训是焊工上岗的必备条件。第2部分：职业技能培训是焊工综合素质的培训。第3部分：电力行业焊工技能培训是行业焊工上岗的专门技术培训。它们三者培训内容及鉴定要求之间部分内容相互重迭，大致关系见图1。
在目前电力行业实际情况下，合理的组合是1+2+3特别是取得技师、高级技师资格者，使焊工既有安全技术培训、全面的综合素质，又具有行业的专门的理论与实践的能力。一般适合于高职院校学生、企业高级业务骨干。1+2的组合使焊工具有全面的综合素质，当其具有中、低级（四、五级）证书时事实上已基本具备“3”的基本要求，只需稍加培训便可以较快达到“3”的要求，适合于技校学生、企业一般业务骨干。1+3的组合实施的成本最低，适合于企业焊工的普及培训。
随着经济全球化的推进，出口产品与国外工程的增加，电力行业的国际市场正在逐步扩大。一些国外有关焊工制造资格认证也逐渐在国内推行，其中相应国外焊工技能培训及鉴定的标准在国内也逐步得到采用；如；美国的焊接生产制造企业的焊工考核和鉴定采用美国的机械师工程学会ASME第九卷的规定，或采用美国焊接学会（AWS）的AWS D1.1规定。欧盟焊接生产制造企业的焊工考核和鉴定，采用EN287-1《钢结构焊工资格考试》、EN287-1418《熔焊和电阻焊的焊接操作人员资格考试》规定。加拿大焊接生产制造和企业的焊接程序由加拿大焊接协会（CWB）实施认证，焊工、焊接操作工及定位焊工都要经过CWB的考核。
此外焊工培训及资格认证的国际化倾向亦应予以关注。目前国际焊接学会（IIW）负责国际焊接人员培训与资格认证体系正在建立中,包括美国、德国、日本以及中国在内共有37国家加入了这一体系，在这些国家中，按照统一的规程进行人员培训，统一标准进行考试，合格者颁发统一样式证书，证书在全球被广泛认同。
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[5] DL 612-1996 电力工业锅炉压力容器监察规程〔S〕.
1渗透“成本”理念，加强“质量”意识
质量、成本和利润是企业生存的关键，在焊接实训教学过程中，要渗透质量意识和经济观念，养成学生节约材料、注重质量的职业素质。训练中尝试向每位学生发放一定数量的虚拟币，除工位上的恒温烙铁等焊接工具外，焊接用的所有耗材，包括电路板、元器件和焊锡丝都是需要用虚拟币购买的。各类器件的手工焊接标准确定后，以达到以此焊接标准为目标，同一内容，悟性好的学生练习一块板就可以达到很好的效果，悟性差的学生需要练习多块。虚拟币的使用量可以和成绩挂钩，借助学生不服输的心理，促使学生自觉地去钻研技能。技能的提高和虚拟币的节省都在学生自己可以控制的范围内，只要用心就能办到。这样在不知不觉中养成节省原材料的习惯，养成思考技能知识的习惯，学会吸收项目的经济、成本、法律法规、人际关系等非技术方面的知识。90后的学生们对网络技术的掌握和对网络的依赖前所未有。利用QQ群、博客等网络平台，引导学生对实践焊接技能展开讨论，为什么焊锡过多，为什么松香痕迹明显，为什么焊点有气孔，甚至对焊点形成微观过程展开大讨论，还可以借助网络视频，更有说服力地展现实践技能的理论知识。随着焊接内容的递进，讨论的深度也在递进。在教学机器焊接时，讨论的内容更广，比如SMT机器的品牌、各品牌的技术和价格优势、各种机器的保养方法和社会保养机构有哪些等等。这些围绕焊接内容的知识，可提升学生的专业兴趣，增加学生的专业领悟能力，所谓“形散而神不散”。
2适时加入“创意焊”，激发创新意识
在焊接训练初期教授五步焊法时，一般采用废电阻或镀锡铜丝进行大量的手工焊接训练，所谓量变到质变。在此期间，感兴趣的学生不仅提高快，干活时的心情也不错。对于不感兴趣的学生，会出现焦躁情绪和敷衍现象。这时适时插入“创意焊接”内容，让学生利用手边的材料，比如镀锡铜丝等随意制作工艺品，可以展示一部分学长的作品，如鸟巢、水立方、坦克、乌龟等等使用空间立体焊接技术完成的作品，开拓学生思路，课堂上来不及完成的作品可以带回去制作，统一上交作品的时间，采用集体评议，让大家感受集体的创作热情，感受他人的创作激情，感受什么叫做工精细、创意无限。“创意焊”也是教师从学生那里获得创意的最好方式，学生的作品常常让人眼前一亮且难以忘怀。比如一位学生的作品是一片焊锡精制的树叶，他的制作过程是将烙铁头上融化的焊锡迅速地往光滑的地面上甩，锡在地面上溅成一平片，捡起来用剪刀剪出叶边，再用笔的背部在叶面上印出叶脉，一片锡制树叶就这么做好了。没有用到焊接技能，只用到焊接材料，大家仍情绪高涨地评议他得满分。这种课程极能引发学生对专业的内在驱动力，激发创造力。教师在自主性课程上要善于把握学生，引导学生，往往能产生事半功倍的效果［4］。
3强化焊接专业英语，拓展职场空间
焊接训练接触到的焊接材料、焊接工艺的英文标识较多，尤其SMT的编程全都是英文，而职业院校学生普遍英语水平不佳且有畏惧心理。在训练中采取慢慢渗透的方式，从日常英语开始适应，逐步加深到专业英语。比如，讲色环电阻的读法时先用中文，接着翻译成英文，甚至较浅的内容采用全英文授课，只要学生能听个半懂且能坚持听即可。逐步过渡到机器焊接时，可以先讲英文名称，穿插中文解释。比如说到供料器就用Feeder代替，说多了学生自然就习惯了。课程涉及到的主要术语时中英文对照表可人手一份，学生需要时能随时翻看。在企业实习时可请企业兼职教师适当加入英文名词，让学生引起共鸣。有了专业英语的底子，进入职场后学生的提升空间就更大了。
4加强“企业实践”，锻炼职业适应能力
在《电子元器件的焊接工艺》课程里融入现代电子制造工艺，采用企业参观和企业实践的方式感受电子产品制造现场。企业兼职教师着重讲解机器焊接与检验的技术知识，比如印刷工艺、贴片工艺、回流焊接工艺及AOI检测等要求。带队教师着重企业文化的引导，指导学生学习企业规章制度，观察车间墙上的标识，如静电释放标识等。若识岗实践时间比较长，教师应及时观察学生心理变化，适时加强疏导，提高学生的职业适应能力、质量意识、安全意识、环保意识、时间观念和竞争观念以及对新技术的接受和理解能力、应用能力。
5技能训练中素质教育平台的建立
焊接训练难度逐步递进，评价方式应根据内容改变，评价标准也应逐步提高。训练初期以教师评价和焊接质量为主。进入训练中期，逐渐加大互评项目和素养评价。进入训练后期，采用自评加互评方式，提高素养评价分值比例。由于江苏省电子制造业发达，有条件的院校可以依托深度合作企业，建设高水平的校内外生产性实训基地［5］。从产品生产流程的角度学习，不仅有助于学生了解课堂上学不到的知识，而且促进学生快速渗透《焊接》和《品质管控》课程内容，掌握SMT工艺、质检和返修。同时，潜移默化地提高学生职业素养，实现学校和企业的双赢。条件不足的学校，可以在实训车间建立模拟车间，尽可能地使学习环境接近企业生产实际。由于实训教学时间紧、内容多，学生基本处于动手状态，集中讲解理论往往效果不佳。而理论深度对于学生将来的职业发展意义重大，因此对专业课程有兴趣的学生可在业余时间，利用现代信息技术，通过网络视频，学习知识，提高理论素养。为选拔优秀人才，培养职业竞争意识，借助电子焊接技能竞赛或电子设计及焊接技能竞赛，为对专业课程感兴趣的学生提供学习与交流的平台。我们经常会发现某位原本对专业课程不怎么感兴趣的学生，被某位专业技能有特长的室友引领后，出现共同进步的现象，即所谓同伴效应。技能大赛是精英凝聚的平台，有效利用这种途径，多组织各个层面的竞赛，让更多的学生参与进来，接受挑战。总之，借助电子元器件焊接技能实训平台进行焊接训练，通过渗透在电子焊接技能训练中的职业素养的培养，使学生在技能和理论上形成新的共识。使职业素养内化在个体上形成专业知识、专业技能、专业素养的有效整合，在外体现在思考、解决问题的思维模式、方法和能力上，最终融合成一种基于职业的生活方式。
作者：黄璟 吴振英 单位：苏州工业职业技术学院 电子与通信工程系
国内风力发电机组制造行业内主机架产品的焊接基本都采用传统手工焊接方式。焊接效率不高，焊接质量受焊接工人业务能力的制约较大，再加上焊接工况较差，长时间焊接作业对焊接操作工人的健康危害严重，高技术的焊接工人劳务成本日益增加，甚至会出现高薪亦难寻技术过关的高质量焊工。传统焊接问题日益突出，焊接机器人代替焊接工人已是必然趋势。
2主机架产品的结构优化设计
在满足风力发电机组整机性能优良的基础上，为节约设备购置成本及实现自动化焊接的可行性，便于机架适应焊接变位机的结构，调整优化设计了产品的结构型式，如图1～图2所示。
3智能化焊接变位机结构选型
依据我公司风力发电机组优化后的主机架的结构特性，经长期研讨分析，确定了最适合生产要求的焊接机器人工作站设备。在课题完成研究阶段，焊接自动化设备主要的变位机结构形式如图3～图5所示。结合风电主机架产品结构特性、设备造价及技术的可行性，第3种方案为较优方案，焊接机器人系统选择德国CLOOS成套原装进口设备。
4焊接智能化设备对产品可焊性仿真模拟
机器人焊接仿真模拟，论证机器人焊接的可行性，验证自动焊接时的干涉问题。部分仿真模拟如图6所示。
5结论
焊接智能化设备是保证焊接效率与质量，改善工人劳动强度，提高工人作业条件，降低生产成本，加强安全文明生产，实现企业6S管理的有效举措，通过本项目焊接工艺方案研究，为风电主机架焊接智能化生产实现高端突破提供基本的技术保障与支撑。文章的分析与结论如下：1）最终选型的变位机结构具备的优点：①工件易于实现自动上下料，自动化上下料过程故障率低；②变位机离地高度远远低于其他变位机高度，安全性高，出现故障易于维修；③线体配套的自动RGV小车高度低，拖载工件运行安全；④均可实现船型焊接位置，且该结构形式控制简单，造价成本低；2）根据主机架机构形式及坡口角度计算确定产线节拍，优化设备配置，以填充量进行理论计算：单丝焊接起焊脚15mm，实芯焊丝1.2mm，送丝速度9.5m/min（焊接电流约280～290A），单丝焊接填充量约为5.1kg/h；双丝焊接前丝速度8.3m/min，后丝速度7.2m/min，双手焊接填充量约为8.2kg/h，经综合计算分析：2.0MW前机架机器人自动焊接所需时间为66.9h，2.0MW后机架焊接时间总需10.78h。本课题研究项目处于实施阶段，相关计算研究仅供参考，文章所属内容仅代表个人观点。
作者:荆旭东 单位:太原重工新能源装备有限公司
参考文献：
[1]王政.焊接工装夹具及变位机械—性能、设计、选用[M].北京:机械工业出版社,2001.
【关键词】 数字化控制 逆变电源 软开关技术 数字信号处理器
随着电力电子技术、计算机技术、数字技术及控制论的发展，弧焊电源的制造技术也一日千里。于是，全数字化的逆变弧焊电源成为焊接设备的最新发展趋势。全数字化控制的弧焊逆变电源就是将逆变技术和数字化控制技术相结合，控制电路由数字技术取代传统的模拟技术，控制信号亦由模拟信号过渡到0/1编码的数字信号。这种新型的焊接电源不仅体积小，电气性能稳定、焊接效果好、控制精度高，而且容易大规模集成、便于升级，推动了焊接产业的迅速发展。
一、全数字化控制的逆变焊接电源的构成及工作原理
焊接电源向数字化方向发展，主要包括三方面的内容，一是主电路的数字化；二是电路的多特性控制技术，亦即控制电路的数字化；三是控制接口的数字化。其中一和二是实现弧焊电源数字化的内核。
1.1主电路的数字化
焊接电源的主电路是一种功率转换电路，其功能是从电网吸取电能，经整流、滤波、逆变、降压隔离等处理后，转换成可供焊机使用的焊接电源。逆变技术的应用使主电路的数字化控制成为可能，而软开关控制技术的应运而生更使得它成为逆变主电路控制技术的主要发展方向。
软开关技术是功率变换器得以高频化的重要技术之一，它应用谐振的原理，使开关器件中的电压电流按正弦或准正弦规律变化，在功率器件换流的瞬间实现功率器件的零电流或零电压开关，从而减少开关的损耗，提高了焊接电源的可靠性。本文所研究的是以功率开关管IGBT构成的全桥相移谐振软开关逆变主电路。其原理图如图一所示：
由图可看出，电路由四个IGBT管构成，其中 IGBT1和IGBT3构成电路的超前臂；IGBT2和IGBT4构成滞后臂，通过控制超前臂与滞后臂的相位差来调节输出功率。由于超前臂和滞后臂的上下一对开关管导通与关断相位上互差180度且死区不变，每个桥臂上都有并联的电容，可错开功率器件的电流与电压同时处于较高值的硬开关状态，实现超前臂与滞后臂的零电压关断，在电流连续时完成各桥臂的零电流开通的软开关过程。并有效克服了感性关断电压尖峰和容性开通时管温过高的缺点，减少了开关损耗与干扰，提高了电路效率。
1.2 控制电路的数字化
控制电路是整个焊接电源至关重要的部分，它直接关系到整机性能的优劣和可靠性，决定着焊接电源的外特性、动特性与调节特性。在全数字化控制的逆变弧焊电源中，通常采用数字信号处理器（DSP）来实现系统的闭环控制。借助DSP的强大功能完成控制算法和PWM信号发生电路的数字化。本文研究的控制系统以TMS320F240 DSP芯片作为控制核心。该芯片内部采用的是哈佛结构，该结构具有独立的数据存储空间和程序存储空间，可同时对数据和程序寻址，形成指令与数据并存；广泛使用流水线技术，具有专门的硬件乘法器，在一个周期内可并行完成多条指令，从而使其处理能力得到优化，提高了运行速度。其结构框图如图二所示：
1.3控制接口的数字化
我们采用的TMS320L240芯片中内嵌了现场总线的应用热点CAN；带有串行异步数字通信接口模块（SCI）；同步串行外设接口模块（SPI），支持分布式控制和实时控制。因此由它控制的逆变焊接电源与焊接机器人、现场总线、以太网及其它外部设备间可方便地进行大量的信息交换，既可实现焊接电源系统与互联网的通信，又能积极人机互动和远程控制，便于焊接功能的改进和升级。
二、结论
全数字化的逆变焊机以其控制精度高、稳定性好、产品一致性好、接口兼容及系统升级方便等优点成为了今后焊接设备发展的趋势。不仅推动了焊接技术从技艺走向科学，而且是弧焊电源网络化、信息化的基础，对整个焊接产业产生了重大影响。
参考文献
关键词：电站 焊接 管理
一、概述
焊接，已从传统工艺走向科学发展之路，众多企业离不开焊接，而焊接正随着科技的发展而进步与变革。电站更是焊接技术密集型企业、要求高、难度大。因此，加强焊接管理.建立合理的焊接管理体系，制定合理的焊接工艺措施，提高焊接质量和减少焊接缺陷是摆在电站焊接工作者面前的一个急待解决的重要任务，必须加以重视。
二、电站焊接管理工作现状
2003年以前，电站的焊接工作由省电力公司安全监察处（锅监委）主管，焊工培训工作由省电力公司焊工培训中心负责，而焊接技术问题与重要设备的缺陷由电力科学研究院负责，定期对各单位进行巡回检查指导，对保证焊接质量起到积极的推动作用。随着电力体制的变化，五大发电集团公司的成立，在甘肃各发电企业焊接管理工作相继由各单位自己负责。虽然管理体制发生变化，但焊接技术和焊工技能在原有良好水平的基础上没有明显变化，对检修质量的影响也不大。目前发电企业中，由于许多单位认为焊接工作只是检修工作的配合工种，不够重视，随着时间的推移，逐步暴露出如下问题：
1、在甘肃各发电企业由于焊接管理工作相继由各单位负责，管理的方式五花八门，好的单位焊接工作由金属监督人员负责，没设焊接专责工程师岗位，而焊接工艺制定、外观验评、焊接作业指导书、焊接工艺评定等对焊接技术起关键作用的管理与焊接质量的监督工作由焊接班自己进行；在大多数单位的焊工人数不超过十人，这基本可以从焊培中心培训取证的人员数量上确认，有些单位焊工为辅助工种在综合检修班，焊接质量实际上只是靠无损检测来保证，焊接接头无损检测委托单制度流于形式，起到的效果不大。若有较大的检修任务自己完成不了的，采用外包的形式解决。
2、焊接技术人员专业水平不高，焊接专责工程师职责由各检修部门的专责兼管，这些兼管人员中，由于专业的限制，普遍存在着对相关焊接技术和标准法规掌握不够，各种规则规定的人员资格准入要求执行不到位，存在着资质严格把关和审查控制问题，超范围施焊现象严重，造成焊接质量问题时有发生。
3、焊接工艺不太重视，没有完整的焊接技术管理档案，大多单位没有焊接工艺评定资料。焊接工艺对各发电单位来说也是一个技术储备的过程，加强该项工作的管理是焊接工艺管理向科学化，规范化方向发展的必要步骤之一。施焊前焊接技术人员没有编制和宣贯焊接工艺卡，有编制的也大多是规程性的要求。
4、焊接人员管理制度不健全，焊接工艺纪律执行不严格，实际情况有时往往不尽如人意。由于焊接环境恶劣、焊接条件不具备、怕麻烦、图省事，焊工往往不遵守工艺纪律。例如，在某单位的锅炉高温再热器大面积更换中，要求采用小电流、两层成型，但是部分焊工在实际施焊中不执行规定，导致焊缝产生裂纹，并且多数焊工施焊时采用一次成型，焊缝不饱满，在施焊焊中大电流焊接，擅自减少填层数。主要原因就是焊工不遵守焊接工艺纪律，焊接条件不具备而焊接。
5、焊工的后备力量薄弱。多年来，企业新进人员是从大学毕业生中招聘选用的，且人数很少，分到焊工岗位上的就更少了，加上大多数单位对焊工岗位进行了缩编，使焊工队伍的人数大大减少。另外，在焊工岗位上的人员，大多数年龄已超过40岁，年轻的焊工少之又少，只有用临时工来解决问题。
6、焊接临时工的技术管理是个薄弱环节。由于大多企业对焊接的重视程度不够，管理与投入也有所降低，所以焊接临时工的技术管理就是一个薄弱环节。他们的技术培训、岗前练习与监督、持证管理和焊接过程的监督与控制等等，都应有一个有效的管理体系来保证。据我们所知，企业为临时工投入培训费用的单位基本没有，个别单位只报销焊工技能考试费，这就很不错了。
7、焊工自发的学习焊接基础理论和利用检修间隙进行练习的积极性不高。上世纪九十年代，为了提高焊接技术，各行各业对提高焊工技术水平非常重视，不仅提高焊工的待遇，而且还举办各类焊工技术竞赛，使焊工对学习技术和理论有了很大的动力和积极性，从而培养出一大批焊接技能人才。如今，竞赛的机会减少了，焊工岗位缩编了，焊工自发学习的积极性大大降低。
8、承压部件的焊接接头施焊时岗前练习减少了，焊后自检要求和记录执行也不严格，外观质量验评流于形式。由于焊工岗位的缩编，对焊工培训投入的减少，同时对焊工的岗前练习的要求也就降低了，对焊后自检和外观质量验评也就流于形式，并没有有效的控制和监督。
9、只重视焊接后的检验，忽视过程控制。焊接技术发展到今天，业已能焊接许多高合金材料，如P91、P92等等。对于高合金材料的焊接，只重视焊接后的检验，忽视过程控制是不行的，它将不能保证焊接接头的力学性能和使用性能。如焊缝的微观组织和晶粒的细化程度等等，都不能够保证满足使用要求。所以在焊接这些材料时，必须对焊接过程进行控制和监督，还要包括对焊后热处理的控制和监督。
10、近年来，为适应新形势，提高焊接质量，减少锅炉“四管”泄漏，有些单位根据自己的实际情况也采取了一定的措施，如制定《焊工管理与技术考核规定》、《高压焊口绩效管理办法》、《受热面焊接质量控制》等一系列规章制度、行为规范和操作程序，并严格管理考核；对承压部件焊口施行100%无损探伤；从写好、记好一片工作记录等平凡而琐碎的“小事”抓起等等，效果显著。但各自为政的情况还是比较突出，长期执行管理的力度不够。
三、电站焊接技术管理控制对策
鉴于电站焊接技术管理工作存在的问题，作为焊接工作者，结合多年从事焊接管理培训工作经验，认为应从以下几个方面入手：
1、各分公司应加强金属监督与焊接管理，指定专人负责此项工作，检查、监督与管理此项工作在各单位的落实情况。
2、各单位应加大焊接管理与培训的投入，增设焊接专（兼）职工程师，有条件的应尽可能的增加焊接队伍的后备力量，使焊接队伍不会产生断层。
3、建立健全焊接技术管理体系，严格执行《特种设备焊接操作人员考核细则》、DL869—2004 《火力发电厂焊接技术规程》和DL868—2004《火力发电厂焊接工艺评定规程》等方面的各项规定，并由专职焊接工程师负责全厂的焊接技术管理工作。
4、对各类材料、规格认真进行焊接工艺评定，各部位的承压部件施焊前必须制定相应的焊接工艺指导书。在制定焊接工艺指导书时一定要考虑检修焊接所处的环境、空间位置、焊接设备情况等。
5、焊工上岗前，应认真贯彻焊接管理规定，包括焊工施焊项目的资质审查。同时还必须严格执行焊接工艺指导书，对于指导书中所规定的焊接工艺参数，由焊接技术人员在焊前进行标准宣贯和技术交底。焊接过程中，技术监督人员应的对工艺的执行情况进行监督与管理。
6、施焊前模拟困难位置强化练习，建立焊工技术档案，严格持证上岗。不能掌握或不严格按照工艺指导书要求执行者，严禁施焊。由专职焊接技术工程师进行监督检查，发现违反规定者重罚。
7、加强焊接人员质量意识，落实岗位责任制，把焊工岗位责任制与经济责任制紧密结合，加强自检记录，做好质量统计，真正作到焊接质量的可追朔性。建立一套切实可行的焊接人员奖惩制度。
8、有条件时，对焊工实行绩效工资制度，焊接技术水平高的焊工，绩效工资上浮，对焊接技术水平差的焊工，绩效下浮，不论当事者资历如何。
9、重视焊工的日常培训，使其科学化、规范化、标准化和经常化，在检修工作的间隙中，规定每位焊工的练习工作量，并对其平时练习时的焊接质量同样进行评定。对焊接质量不稳定和没有明显提高者，在技术培训挡案中明确注明，以确定下次培训工作重点。
10、严格执行焊口自检记录，以便明确责任，奖罚分明，将每一个重要焊缝统一编号、统一管理，这样能有效地跟踪检验，同时也能预防错检、漏检。对每个部件、每个位置、每种材质承压部件的焊口和每位焊工的施焊情况、焊缝编号、工艺卡号、焊缝位置、焊接方法、焊材选用、焊缝形式、焊接层数、焊接顺序、焊接工艺说明、焊接参数、焊缝成形尺寸、焊缝质量要求、焊工上岗条件、专用工装设备、一次合格率等进行详细的记录与评定，建立完整的技术档案，掌握每位焊工的技术素质和特长，有利于培养焊接技术尖子人才。
11、对金属监督人员，建立一套相应的奖惩制度，提高其责任心和使命感，还要重视其技术素质的培训及后备力量的配备，减少无损检测的漏检和误判，使金属监督工作向更深层次发展。
四、结束语
随着焊接技术管理工作的深人，焊接技术的提高与焊接设备的更新换代，焊接管理体系的不断完善，管理责任制的不断落实，焊口一次合格率达到98%以上的目标不难达到。而承压部件焊口100%无损探伤的重要性和必要性将会随之显得不那么突出，减少锅炉“四管 泄漏，提高承压部件的安全可靠性的目标必将实现。
【关键字】单面焊双面成形，焊接缺陷，防预措施
1 单面焊双面成形技术的概念
单面焊双面成形技术是采用普通焊条，在不需要任何辅助措施条件下，只是坡口根部在进行组装定位焊时，应按焊接的不同操作手法留出不同的间隙，在坡口的正面进行焊接，就会在破口的正、背两面都能得到均匀整齐、成形良好，符合质量要求的焊缝。
2单面焊双面成形常见的焊接缺陷
2.1尺寸上的缺陷
包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等。焊缝外表高低不平和波纹粗劣，焊缝宽度不均匀、太宽或太窄，焊缝余高过低或过高，角焊缝焊脚尺寸不等都属于焊缝尺寸及形状不符合要求。这些缺陷不仅使焊缝成形不美，而且容易造成应力集中，影响焊缝与母材的结合强度。
2.2结构上的缺陷
包括气孔、夹渣、非金属夹杂物、熔合不良、未焊透、咬边、裂纹、表面缺陷等。这些缺陷是焊接过程中最容易出现的缺陷。这些缺陷减弱了焊缝的有效面积，降低了焊接接头的力学性能，而且易造成应力集中，引起裂纹，导致结构破坏，使焊接结构无法承受正常工作载荷。
2.3性质上的缺陷
包括力学性能和化学性质等不满足焊件的使用要求的缺陷。力学性能指的是抗拉强度、屈服点、伸长率、硬度、冲击吸收功、塑性、疲劳强度、弯曲角度等。化学性质指的是化学成分和耐腐蚀性等。这些缺陷使焊缝结构无法达到设计要求的力学性能和化学性能。
3单面焊双面成形质量差引起的问题
3.1增加消耗，降低结构的质量和使用寿命
焊接生产中，优质的焊接质量可以满足设计要求，保证结构的正常使用寿命。一旦出现严重的焊接缺陷，就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等。否则，这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中，降低结构的使用寿命。
3.2焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁，引起安全事故
单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中，一旦有严重缺陷，质量不合格，焊件的焊补非常困难，而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用，使焊缝的缺陷产生应力集中，加之焊缝的有效使用面积减小，减弱了焊接接头的强度。
4 单面焊双面成形焊接质量差的原因分析
4.1焊接电源自身因素引起的焊接质量差
用交流电源焊接时，电弧稳定性差。用小电流焊接薄板时，也常用直流弧焊电源，因为引弧比较容易，电弧比较稳定。低氢型焊条用直流电源焊接时，一般用反接，因为反接的电弧比正接稳定。焊接薄板时，焊接电流小，电弧不稳定，因此焊接薄板时，不论是用碱性焊条还是用酸性焊条，都选用直流反接。
4.2工艺因素对焊接质量的影响
4.2.1 焊接电流
焊接电流应根据板件厚度、接头形式、焊接位置、焊接层数、焊条类形、焊条直径和焊接经验等因素综合考虑。可参考表1。
表1焊接电流和焊条直径的关系
焊条直径/mm Φ1.6 Φ2.0 Φ2.5 Φ3.2 Φ4 Φ5 Φ6
焊接电流/A 25～40 40～65 50～80 100～130 160～210 200～270 260～300
4.2.2焊接速度
焊速过快，使熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成形不良等缺陷。焊速过慢，使高温时间长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，焊件的变形量增大，同时焊速过慢还会使每层的厚度增大，导致熔渣倒流，形成夹渣等缺陷。
4.2.3 电弧电压
焊条电弧焊电弧电压主要由电弧长度决定的。电弧长度越大，电弧电压越高，电弧长度越短，电弧电压越小。电弧过长对熔化金属保护差，空气中的氧、氮等有害气体容易侵入，使焊缝易产生气孔，焊接金属的机械性能降低。
4.2.4 焊接层数选择不当
焊接层数主要根据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定。可作如下近似估算：
n=δ/d （1）
式中：n为焊接层数；δ为焊件的厚度（mm）；d为焊条的直径（mm）
对于低碳钢和强度等级较低的低合金钢的多层焊时，每层厚度过大，对焊缝金属的塑性有不利的影响，且焊接过程中熔渣易倒流，产生夹渣和未熔合等缺陷。
4.2.5 焊条类型及焊条直径的影响
焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定。因此，焊条类形选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素。焊条直径的大小除了对生产率有一定的影响外，对焊接质量也有一定的影响。焊条直径与焊件厚度之间的关系的参考数据，见表2。
表2焊条直径与工件厚度之间的关系
焊件厚度/mm 2 3 4～5 6～12 >13
焊条直径/mm Φ2.0 Φ3.2 Φ3.2～Φ4 Φ4～Φ5 Φ4～Φ6
4.3 操作因素
在焊接生产过程中，焊工的单面焊双面成形操作技术水平低，就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练，这是造成焊缝质量差的重要原因之一。焊前对工件上的油、锈、水分清理不严格，焊条未经烘干处理或烘烤温度不够而投入使用，会促使焊缝产生大量的气孔，从而使焊接缝质量达不到要求。
5 防止单面焊双面成形焊接产生焊接缺陷的措施
5.1做好焊前准备工作
焊前应对焊机进行试焊，确认焊机的引弧性能和稳定性能好，工艺参数的调节方便、灵活、方可使用。工件应开Y形的坡口，钝边的尺寸一般选在0.5～1.0mm之间，坡口边缘20mm以内处用磨光机打磨，并将表面的铁锈、油污等清除干净，露出金属光泽。
5.2焊接操作
5.2.1选择合适的工艺参数
焊条电弧焊的工艺参数通常包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。
5.2.2焊工技术水平
焊接生产中，焊工对单面焊双面成形操作技术掌握的水平和技术经验，往往决定了焊缝的质量。因此，加强焊工单面焊双面成形操作技能的训练及各种单面焊双面成形的焊接参数的掌握是保证焊缝质量的关键。
结论
总之，通过对造成质量差原因的分析，逐步改善和提高单面焊双面成形的焊接质量。单面焊双面成形的焊接质量受到了焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制。通过对这些限制的深入研究，找出造成质量差的原因，提出了相应的防止措施，解决单面焊双面成形技术的缺陷，使单面焊双面成形技术进一步提高。
【参考文献】
关键词：质量通病，PDCA循环，“米”字焊缝，技术攻关
一、工程简介
四川广元广兴续建工程是由贵阳铝镁设计研究院设计，其200KA预焙阳极铝电解槽属国内中型号的预焙电解槽，是在综合贵阳院186KA槽及国内新开发的大型预焙槽成功经验的基础上设计的。钢槽壳采用小船型结构。200KA预焙阳极铝电解槽由摇篮式钢槽壳、行架立柱、阳极提升机构、密封罩、小盒夹具等部件组成，其中摇篮式钢槽壳是本课题研究的主要对象。
钢结构焊接材料选用依据施工图，检验执行国标GB5117-85，
钢结构焊接接头依据施工图规定和国标GB985-80、GB986-80
焊缝检验执行国标GB3323-82、Q/ZB74-78。
二、选题理由
1、 铝电解槽为全焊钢结构件，焊接应力大，其制作大部分采用CO2气体保护焊，由于我们对CO2气体保护焊的使用方法不熟练，操作不当，工人的技术水平低，焊缝外观成型差，气孔、咬边、裂纹、焊瘤等缺陷普遍存在，为实现广兴续建工程电解槽制安创优质工程目标，必须确保焊接质量。
2、 根据广兴续建工程实际情况，48台槽只有4个月的制安时间，为保质量工期，必须对关键工序、薄弱环节进行重点攻关，加强管理，完善现场施工质量保证体系。
三、目标
1、修正工艺，攻克技术难关，把焊接规范严格控制在工艺范围内，确保焊接质量，创优质工程。
2、制安质量达优质，保证实现双百率，即：合格率100%，优质率100%。
四、现状分析
1、在施工准备阶段，对以往工程施工中的焊接质量通病进行分析，主要是焊接电流过大，造成焊接区过热，结晶粗大，产生脆化，造成质量隐患，且焊缝外观成型差，咬边、气孔、加渣、裂纹、焊瘤等现象普遍存在，对以上问题，制定了施工工序质量保证系统图（和提高焊接质量系统图。深入工程施工，跟踪检查，组对合格率100%，焊缝外观检查合格率100%。
2、针对质量通病，又进行了因果图分析，通过对因果图的分析，讨论认为影响焊缝外观质量的主要因素是：
A：焊接电流过大
B：操作者技术水平低，责任心不强
C：工艺参数不当
D：气体保护效果不好
通过分析，针对主要影响因素，制定对策表（表1），如下：
关键词：CAE；侧墙；ABAQUS；焊接行为；焊接热输入；协同仿真
中图分类号： TB302.3 文献标识码：A
目前，CAE（计算机辅助工程）的研究已经在制造业推广，在影响CAE技术发展的诸多因素中，人才、计算机硬件和分析软件是三个最主要的方面，现代计算机技术的飞速发展，已经为CAE技术奠定了良好的硬件基础。多年来，重视CAE技术人才的培养和分析软件的开发和推广应用，发达国家不仅在科技界，而且在工程界，已经具有一支较强的掌握CAE技术的人才队伍，同时在分析软件的开发和应用方面也达到了较高水平。
焊接技术是现代制造业中最有效、应用最广泛的连接方法，广泛应用于轨道车辆、船舶、航空航天等制造工程领域。在焊接过程中，由于其不均匀的加热及冷却过程，焊接结构焊后存在着不可避免的焊接残余应力和变形。特别是对于大型结构而言，结构尺寸大，形状复杂，焊缝总长度长，焊后残余应力、变形情况更为复杂，对制造精度及使用性能的影响更为显著，装备制造业为国民经济各行业提供技术装备，产业关联度高、吸纳就业能力强，是各行业产业升级、技术进步的重要保障和国家综合实力的集中体现。最近几年，我国的制造业发展速度快，重大技术装备自主化水平显著提高，已经成长为装备制造业大国。然而产业大而不强，高新技术与传统装备工业改造结合不够，装备制造业信息化程度、自动化程度不高。对于铝合金车体而言，由于铝合金具有导热率大、热膨胀系数大等特性，其焊接结构焊接残余应力、变形更为显著，因此对铝合金车体的焊接变形控制也成为亟待解决的问题。
焊接数值模拟技术充分利用现代计算机技术和高性能计算技术，通过建立精确的数学物理模型，数字化再现焊接过程，可有效地实现对复杂或不可观察现象的定量分析。应用数值模拟技术为实际焊接生产提供全面的参考数据和可行性理论支持，为控制焊接变形提供了一个很好的方法，是提高焊接技术科学性的有效工具。
有限元法求解焊接问题就是通过软件内置的一系列的假设和近似，获得了微分方程（或积分方程）及相应的定解条件，并预期在某一连续空间和时间内求解这组方程后，微分方程（或积分方程）的解等价于物理解。由于微分方程求解存在数学上的困难，所以采用时间和空间离散的方法，将微分方程组及其定解条件转化为一个超大型的代数方程组，并预期求解这个代数方程组后，代数方程组的解等价于微分方程的解。
焊接变形预测对焊接结构的生产和使用具有重要意义，进行焊接变形准确预测较为困难。焊接变形预测的理论依据主要有解析法、基于弹性有限元的固有应变法，焊接热弹塑性有限元法、粘弹塑性有限元法、建立在实验和统计基础之上的经验公式等。解析法以焊接热传导理论、结构力学理论、残余塑变理论或弯曲理论为基础，能够确定一些较为简单的焊接变形。对于复杂构件，利用解析法求解则非常困难。
本文使用ABAQUS软件，模拟了车体侧墙边梁立柱焊接这一典型焊接结构，对计算结果和试验结果进行对比，为不同焊接结构计算分析选择适用方法提供了参考。并对其温度场分布进行了模拟。本研究利用现有车体侧墙焊接结构的焊接试验，以及大型商用有限元软件ABAQUS的模拟，完成了焊接试验及计算机仿真，进行了多区域网格划分、焊接温度场分析、焊接变形过程再现、现车焊接试验、焊接热输入量预测，寻求材料可能的极限服役状态，而对已有的先进材料也必须预设典型的服役环境，推演其可能的焊接行为。
1 数值模拟方法
本文利用大型商用有限元软件ABAQUS，完成车体侧墙立柱结构的焊接过程的计算机仿真，并跟踪侧墙制造过程，在现车上进行了焊接试验，对焊接过程进行分析，调整和优化了焊接工艺。
1.1侧墙结构的描述
铝合金车体侧墙是铝合金车体的一部分，主要由边梁和立柱拼焊而成，侧墙作为支撑结构，对车体平稳性具有重大影响，其关键点为立柱与边梁的组焊。
1.2 试验模型的选择
本文为真实再现某铝合金车体侧墙的实际试验工况，建立了侧墙部件的整体模型，试样重点提取了侧墙边梁、立柱间的焊缝，其真实结构得到还原，如图1所示，能够更有效地从焊接接头层面上分析焊接的过程。
图1 侧墙结构图
1.3 试验物理现象描述
本文以铝合金车体侧墙结构为研究对象，应用双椭球热源模拟的方法，对其进行焊接变形数值模拟，分析了其焊接特征。并通过改变焊接方向、焊接顺序，对比改变前后变形情况，对铝合金车体侧墙结构的焊接过程进行工艺优化。本文具体研究内容包括：
（1）建立车体侧墙结构的焊接温度场计算有限元模型，并对其进行模拟计算。
（2）结合实际工业生产时的卡具条件，建立了车体侧墙结构焊接变形的热弹塑性有限元分析模型，并使用双椭球热源法对其进行模拟计算，对焊接情况进行对比分析，总结了其分布规律及特征。
（3）通过改变焊接方向和顺序以及改变热输入量，提出合理可行优化方案，并按照提出的方案分别对车体侧墙结构焊接变形进行模拟计算，将其模拟结构进行了比较，分析了各方案对焊接质量的影响，选择了最优方案。
分析主要针对边梁、立柱焊接过程，如图2所示。
图2 焊缝状态图
2焊接试验的热源模型描述
焊接热源模型包括高斯热源模型、双椭球热源模型和半球状热源模型，高斯热源模型是温度在等直径圆范围内，温度高低是按高斯曲线分布的，一般用于手工电弧焊、钨极氩弧焊的计算中。半球状热源模型一般用于高能束焊等的计算中，本文涉及到的焊接使用传统MIG焊焊接，热源模型选择双椭球热源模型，考虑到热源移动时热流分布的影响，热源前后方分布方式不同。双椭球热源模型一般用于MIG焊等穿透能力强的计算中，模型如图3所示。
图3 双椭球热源状态图
3焊接仿真、变形测试过程描述
本文针对铝合金车体侧墙采用仿真和工艺验证的方法同时进行，以普通PC机为首选软件平台，并且采用传统的手工焊接进行焊接试验，采取了一系列针对性的技术进步措施，发展出针对车体其部件焊接行为的“焊接工艺仿真、热输入量预设、过程模拟、行为计算、现象表征、优化方案”手段。
3.1 侧墙焊接仿真有限元模型
根据现有焊接工艺，建立带工装夹具侧墙模型进行焊接仿真试验，预测出各工况下的焊接变形，对比分析后实现对侧墙焊接试验的工艺模拟，试验采用双椭球热源模型进行加载。
记录不同工况下的焊接质量，预设焊接热输入量以及预设的热输入量对焊接质量的影响，真实再现了侧墙立柱MIG焊焊接全过程，侧墙边梁、立柱有限元模型及分析结果如图4和图5所示。
图4 侧墙有限元模型
图5 侧墙焊接热流分布图
3.2铝合金车体侧墙焊接试验
本文焊接侧墙边梁和立柱，母材为某型号铝合金，焊接接头采用角接，焊接位置PB，铝合金的化学活泼性很强，表面极易形成氧化膜，且多具难熔性质，铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不融合现象，同时氧化膜可以吸收很大水分，常常成为焊缝气孔的重要原因之一，再者，铝及铝合金的热导率大，导热系数及热膨胀系数是钢的3倍，因此对于焊接相同厚度的铝合金和钢，铝合金焊接需要的热量更大，而且会有严重的扭曲变形和较高的残余应力。
本文进行的焊接试验，通过以下方面减少了焊接缺陷：
（1）避免电流太小或焊速过快（线能量不够）。
（2）避免电流太大，使焊条大半根发红而熔化太快，母材还未到熔化温度便覆盖上去。
（3）避免坡口有油污、锈蚀。
（4）避免焊件散热速度太快，或起焊处温度低。
（5）避免操作不当或磁偏吹，焊条偏弧等。
图6 现车试验焊缝
3.3铝合金车体侧墙焊接试验调试结果
根据焊接仿真试验及现车焊接试验，最终得到优化的工艺方案，对比和试验的方案如表1所示。
表1 工艺方案对比焊接质量
工艺序号 焊接电流 焊接电压 焊接质量
1 190 21.5 差
2 205 22.5 良
3 210 23.5 良
4 190 21.5 差
5 210 22.5 良
6 205 23.5 优
结果显示，按照工艺6的数值进行预置，依据EN910（金属材料焊缝破坏性试验-弯曲试验）、EN1320（金属材料焊缝破坏性试验-断裂试验）对调整焊接工艺的接头进行力学性能测试，其结果满足产品技术要求，依照工艺6进行焊接的焊缝的焊接质量最佳。
4 结果与讨论
本文利用大型商用有限元软件ABAQUS，采用有限元方法和实验验证的方法针对某铝合金车体侧墙在焊接过程中热循环行为进行了预测，在焊接电流和焊接电压两个层面，加以对比分析，通过试验和计算结果我们可以发现，仿真试验很大程度上提高了焊接试验的效率，将CAE分析与车体制造工艺同时作为研究对象完全可以实现，尤其是在焊接制造工艺方面，CAE仿真分析得到了充分运用。
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关键词：焊接；人才培养；探讨
中图分类号：G718.5；TG40 文献标识码：A 文章编号：1672-3309(2011)01-46-02
近几年来，焊接技术已经涉及到了工业建设的方方面面，焊接技术专业涉及到材料科学、工程力学、电工电子技术、自动控制、计算机等多门基础学科，属于多学科交叉的边缘学科。新形势下如何构建专业课程体系。加强工程实践能力的培养?如何培养适应市场需求的技术人才?对这些问题进行认真思考并提出切实可行的对策，对促进学校品牌专业、特色专业的建设，培养适应社会需要、基础扎实、能力强、素质高的工程实用型人才具有重要的意义。焊接在国民经济的各个部门具有十分广泛的应用，现代化的经济建设需要大批的焊接技术人员和高等级的焊工。技术院校焊接专业承担着培养这类人才的重任。只有不断探索、不断地努力提高教学质量。才能为社会主义经济建设培养出大批合格的焊接人才。
焊接专业是理论性和实践性相结合的专业，操作技能要求很高，就业上岗都必须持有等级证书和上岗证，为了提高学生专业技能、职业技能水平、就业竞争能力等综合素质，应该在保证理论教学的基础上。不断加大对焊接专业实践技能实训力度，尤其重视实践、实训的革新，不断创新。经过多年的不断探索和实践。岳阳工业技术学院在焊工技能人才培养方面总结了一些经验和方法供大家探讨。
一、提高课堂教学水平。保证学生学习质量
(一)分级教学，保证教学效果
技术学院的学生来源往往是初高中毕业生中基础较差的学生，教学过程中要开展调查研究，根据学生的具体情况，采取分级教学的方法。针对高中毕业类学生提出不同要求。针对初中毕业类学生把学生分成基础较好类和基础较差类，分级开展教学活动。例如在讲解《焊工工艺学》课程中的“常用弧焊电源”时。对基础较好的学生则要求掌握常用弧焊电源的工作原理和故障分析与处理的方法：对于基础较差的学生要求是基本掌握常用弧焊电源的型号和含义，只要求基本理解常见弧焊电源的电流调节方法、步骤、常见的弧焊电源的技术参数。
分级教学是针对不同水平采取不同的教学要求，并不是对基础差的学生放低标准，而是选择合适的教学内容。有针对性地提高学生的学习兴趣。当达到一定要求时，再提高标准。这样，既能有效地提高教学水平，也能保证学生学习质量。
2.选择合适的教学方法和教学手段
教学中，努力发挥老师的主导作用。引导学生学习专业技能的积极性、主动性、创造性，选择合适的教学方法和教学手段，激发学生学习热情。对于理论知识。重要的是实用、够用、理解，不求高深，但求能用。在实践中再反馈理论教学，采用案例教学法，集实际案例于理论中，在实践中学理论。在理论教学中结合案例。有效提高理论的理解、运用。在实训中。大量采用项目实训方法，将所学知识结合实际工程项目，对学生就一门课程的实践技能进行综合实训，调动学生的积极性、主动性和创造性。使学生通过总结把复杂问题的解法条理化，提高学生分析问题、解决问题的能力。教师只有采用灵活多样的教学方法，充分与企业需求接轨，才能有效提高学生的学习能力。
采用了好的教学方法，还需要良好的现代化教学设备与之相适应。在焊工技术专业教学中。专业工艺课实质就是技能操作指导课，由于受到学院条件的限制。不可能每项实训设备都能达到目标要求，在实训过程中，尽量利用好多媒体设备，通过视频、音频及3D模拟等手段，了解焊接过程。达到学生学习目的。
3.优化教学内容。更新补充新知识
焊接技术专业涉及学科多、内容广。目前。职业技术学院的教学计划教学课时十分有限，对全部内容进行精讲是不可能的，但对于主要专业课程不进行重点教学也是违背专业培养目标的。因此，在教学之初，应该精选内容，对基础专业课程要重视对基本理论和基本概念的理解。对工程实际紧密相关的。要结合工程实际情况和教学内容，重点精训。这样，可以在保证教学内容的基础性与概括性的条件下，培养学生独立操作的技能。
在进行教学的同时，对科学技术发展的新材料、新技术、新工艺、新产品，焊接技术发展的新动向。教师可以从多渠道获取相关专业领域的最新信息和最新发展动态，使课堂讲授的内容具有较强的应用性、先进性。用新知识、新观点充实和丰富教学内容。
二、不断加强实践实训教学
作为一门实践性强的学科，加强实践实训尤为重要。实践教学对培养学生对理论知识的理解及工程实践能力意义重大。因此。应该多鼓励学生尽早进行工厂实验实习。认真书写实验报告。对于综合性的实训。应根据实验题目。由学生自己制定实训方案，认真分析并写出相应的论文性的实验报告。
1.逐步开设设计型、创新型实验
设计型实验是考察学生创新、设计能力的实验，要求对基础知识十分了解，并能在现在的技术前提下，综合应用理论知识去分析、解决、研究问题的能力。这样能使学生更为系统地掌握相关专业知识。培养学生科学研究的思路和能力。
2.注重对学生细节的培养
大家都知道。我国正成为世界的加工中心，需要越来越多的技工、技师、焊工，很多行业都离不开焊工，焊工专业毕业的学生具有十分广阔的发展前景。但在实践操作过程中。一些学生操作动作不规范，显得毛燥，操作手法粗糙，动作的规范程度和标准具有一定的差距。因此，在强化训练时，必须让学生养成标准化、规范化的习惯，注重细节，追求完美，努力做到最好。
三、加强校企合作
与企业合作，根据企业需要定制人才的方式是西方发达国家职业学院的特点。加强校企合作，合作开展实习实训。这种校企挂钩创办实训基地的模式，一方面，使学生通过在企业的实习对工厂有了较全面的认识。加强了理论与实践的结合，为学生以后走上工作岗位后尽早地适应工厂的环境打下了基础。另外还可以为学院提供实践教学场所、实践设施和实践指导教师等。在节约经费方面也起到了一定作用；另一方面。学院通过输送优秀毕业生、提供劳动力、帮助培训、开展技术开发等途径和手段为企业服务。从而在互惠互利的基础上建立起长期、稳定的合作关系，既加强了企业与学院的联系。又为企业创造了财富。
四、全面实施技能考证制度
面对市场经济大潮和社会对复合型人才的急需，技术院校焊接专业学生如果只有一张毕业文凭是不行的，是不符合培养“一专多能”、“可工可干”复合型人才要求的。为强化实践教学，提高实践教学质量。必须推行“多证制”的新的就业机制。即在学生毕业前，经过一定的训练。通过职业技能鉴定，来获得职业技能资格等级证书。把获得技能证书作为毕业的一个条件来要求，鼓励和要求学生积极参加技能考证。做到毕业证和技能证同时拥有。有效提高学生就业率。
五、重视师资培训
焊接技术的进步和经济的发展对焊接专业的教师提出了更高的要求。不仅要求教师拥有较深的理论知识，还要有高超的操作技能。目前，技术学院焊接专业的教师基本上分为两种类型：一种是理论型教师，从学校毕业之后没有经过企业工作。直接来校任教的，这些人员有些是学焊接的，有的是从其他加工专业转过来的。大都缺少实践技能。教学时只能从理论上讲解，甚至照本宣科。教学有很大的局限性。二是实践型教师，主要由工厂的焊接技术工人转调而来，他们有很高的操作技能。但缺乏系统的理论知识。由于教师的原因。学生在学习中不能将理论与实践技能有机地结合起来。很多问题得不到解决。而焊接是一项发展迅速的技术，特别是近年来由于电子技术的发展，新的工艺和设备不断出现。使教师原有的知识水平变得更加落后。因此，迫切需要一批既有系统理论知识又能熟练掌握操作技能的一体化教师。这就需要对现有的教师进行培训，不仅要学习理论知识，提高操作技能，还要不断学习新技术、新工艺。了解焊接技术的发展方向，为培养优秀的焊接技术工人做准备。技术学院应努力培养双师型教师队伍，需要努力增强专业理论知识、焊接操作技能经验、责任心。正确引导学生们在练好基本功的同时，悟出成熟的技能和操作方法。
参考文献：
[1]雷毅、王勇、崔学政，材料成型及控制工程专业的改革与实践探索[J]，石油教育，2006，81-83
〔关键词〕DII；窄间隙；焊接；专利；地图；VOSviewer
DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.10.025
〔中图分类号〕G25553〔文献标识码〕A〔文章编号〕1008-0821（2015）10-0134-06
Patent Information Analysis of Narrow Gap Welding Technology Based on DIIWang Yafeng
（Library，Jiangsu University of Science and Technology，Zhengjiang 212003，China）
〔Abstract〕Based on Derwent Innovation Index（DII），the Patent Information Analysis of Narrow Gap Welding Technology was conducted which concludes annual changes of patent applications，the geographical distribution，the major patent holders and the core patents.The paper gave out the clustering label map and density map of manual codes of DII by VOSviewer which revealed the development of domestic and foreign technology of narrow gap welding and provides valuable Patent Information.
〔Key words〕DII；narrow gap；welding；patent；map；VOSviewer
窄间隙焊接（Narrow Gap Welding，NGW）技术最早是由美国Battelle研究所于1963年提出[1]，指的是将厚度30mm以上的钢板，按小于板厚的间隙相对放置开坡口，再进行机械化或自动化弧焊的一种特殊焊接技术方法。与传统焊接方法相比，窄间隙焊接技术可大幅度减少坡口截面积，在中低线能量下实现高效焊接，因而被作为一种可降低焊接变形和焊后残余应力的高效焊接技术，广泛应用于各种大型重要结构，如造船、锅炉、核电、桥梁等厚大件的生产。日本焊接界将窄间隙焊和激光焊并称为21世纪最适合于厚板焊接的两种方法[2]。窄间隙焊接技术已成为现代工业生产中厚板结构焊接的首选技术，其巨大的技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一。
目前，窄间隙焊接的研究主要体现在不断开发新的焊接方法，以获取更加高效、优质的焊缝。如通过机械或电磁方法使电弧旋转、摇动和摆动，改变热源分配以提高侧壁熔合[3]；不同工艺参数、焊炬形状对焊缝成形的影响[4-5]；采用激光、激光复合焊接的方法实现更高的熔覆效率[6]；通过给焊丝加热进一步提高效率[6]；采用数值模拟方法研究应力应变、变形等规律等等[7-9]。
专利是世界上反映科学技术发展最迅速、最全面、最系统的信息资源。DII（Derwent Innovation Index）是目前查找世界范围内专利文献最全面的数据库之一，收录了来自世界上40多个专利机构的1 000多万条基本发明，2 000万项专利。DII每周新增45 000多条专利，并对专利的题目和文摘进行重新加工处理。为此，本文将DII数据库收录的国内外窄间隙焊接技术专利进行统计分析，剖析其研究热点、核心技术及发展的态势，旨在为相关专业人员把握窄间隙焊接技术趋势及我国窄间隙焊接技术的未来发展战略提供参考。
1数据来源
涉及窄间隙焊接技术方面的国外专利数据主要源自于DII，国内专利数据源于国家知识产权局（DII检索到的中国专利信息与SIPO的专利数据不一致。笔者通过主题和IP分类号为限定条件进行检索。DII中的检索式拟定为TI=（narrow near/1 gap） and weld OR TI=NG，通过分类号IPC=B23限定，检索结果为265件。检索时间为2013年12月15日，对于专利申请的时间未作限定。由于专利的申请到公开有一年半的滞后期，所以2013年的数据仅供参考，不能全面反映技术趋势。本文专利分析工具应用了DII的TDA软件和知识图谱绘制工具VOSviewer，并用VC编制矩阵转化程序进行专利统计分析。
2015年10月第35卷第10期现？代？情？报Journal of Modern InformationOct，2015Vol35No102015年10月第35卷第10期基于DII的窄间隙焊接技术专利情报分析Oct，2015Vol35No102窄间隙焊接技术趋势的专利情报分析
21基于DII手工代码的专利分析
德温特手工代码（Derwent Manual Code）是DII特有的专利代码。由文摘索引人员人工标定，用于指明专利的技术创新概貌，所以手工代码比IPC分类号更准确地揭示了专利技术的外部特征和应用领域[10]。由于专利没有关键词提供，而专利的手工代码蕴含了专利的主题核心内容，其作用类似于关键词的标引。所以笔者借用关键词建立引文共现网络的方法，建立基于DII手工代码的专利共现网络，以实现专利图谱的可视化分析。
有关DII窄间隙焊接技术的专利，共涉及111项手工代码。提取DII专利文本数据中以“MC”（手工代码）开头的字符行，统计各手工代码相互出现的频率，利用Visual C++编程实现手工代码数据与共现矩阵的自动转换。以此建立的111×111的手工代码共现次数矩阵，如表1所示。该矩阵为对称矩阵，共有12 321个单元组成。
表1DII手工代码共现次数矩阵
M23-D01B1M23-D01B3M23-GX24-B02AX24-B06X25-A03E1M23-D01A1X24-B01……M23-D01B15053622144……M23-D01B35134910144……M23-G34834110……X24-B02A6931510133……X24-B06221041055155……X25-A03E111111100……M23-D01A1441350157……X24-B01440350711……X24-B042651727046…………………………………………………………
依据上述矩阵，笔者利用知识图谱绘制工具VOSviewer绘制窄间隙焊接术的手工代码专利地图。图1绘制的是窄间隙焊接技术的聚类标签地图。VOSviewer中节点之间的线条表示二者是共现关系，节点与字体越大，表示与其他节点的共现次数越多。可以看出X24-B06（气保焊），X24-B04（电极和附件），M23-D01B1（电弧焊接和切割，等离子弧装置――焊枪，喷嘴，夹持装置）等节点最突出，说明其共现频次最高，与其他类别的专利技术联系最为密切。同时将图不断放大，可看到各项技术之间连线关系及频次。
图2是窄间隙焊接技术的聚类密度地图。每个节点的坐标位置与标签图谱相同，根据节点的共现频次的密度大小，颜色由红向黄、绿、蓝逐渐变化[11]。红色表示密度越大，反之密度越小，颜色接近蓝色。图2清晰地反映了专利技术布局的全貌：窄间隙焊接专利的核心类别集中在X24-B06（气保焊），M23-D01C（电弧焊接类型），X24-B04（电极和附件），M23-D01A1（缝焊），M23-D01A3（埋弧焊），M23-D01B1，M23-D01C1（钨极惰性气体保护焊，TIG），X24-B02A（引燃电压；电弧的稳定和磁控），M23-H（配套设备）等接近红色，这些均是共现频次较高的关键技术。黄绿色表示核心技术与边缘技术的过渡专利类别，例如M23-F，M23-D01C2（熔化极惰性气体保护焊，MIG），M23-D01A（电弧焊接和切割，等离子弧焊），X24-B03（电极或工件的自动送进）等。散落在的边缘技术专利类别包括M27-A04（合金钢），M23-D05（激光束），X24-D03（油罐车），X24-B（电弧切割），K05-B07E（反应器附件――电缆，管材管件，连接器）等等。这些专利共现频次较小，与其他技术类别联系不紧密。
22专利申请的年度变化
通过分析全球窄间隙焊接技术每年的专利申请量，可以分析出该项技术的研发状况和发展趋势。全球有关窄间隙焊接技术的专利最早出现在1973年，是日本川崎重工实业有限公司申请的。专利名称：一种从另一侧填充的窄间隙自动焊接方法（专利号：JP73018703-B，德温特主入藏号：1973-34668U）。由图3可见，全球窄间隙焊接技术专图1DII窄间隙焊接技术专利手工代码聚类标签图
图2DII窄间隙焊接技术专利手工代码聚类密度图
利申请量自1978-1983年出现过快速增长的高峰，之后申请量进入下降趋势，申请数量相对稳定。从2008年开始，窄间隙焊接技术的专利申请总量增速较快，这可能与中国申请量快速增长，拉高总体申请量有关。由图4可见，国外有关窄间隙的专利申请量自2007-2013年出现了第二个研究峰段（2011年除外），申请量回升的现象也与近年来窄间隙焊接的学术研究升温相符[12]。
我国第一件窄间隙焊接技术的专利最早出现在1985年，是机械工业部哈尔滨焊接研究所林尚扬院士申请的。专利名称：双丝窄间隙埋弧焊方法（专利号CN85104150）。我国的窄间隙焊接技术专利自2005年后，出现显著增长的态势，申请量最高出现在2012年，高达36件，预计2013年还会有所增加。从总体来看我国的窄间隙焊接技术的专利趋势高峰与国外第二个趋势高峰（2007-2013年）基本
图3全球窄间隙焊接技术专利申请量
图4国内外窄间隙焊接技术专利申请量对比注：国内数据源于SIPO，检索时间2013年12月15日
对应，进入快速增长期。
23专利申请的地域分析
全球窄间隙焊接技术专利的申请主要分布在日本、中国、德国、美国、韩国和印度等国（详见图5）。其中日本窄间隙焊接专利的申请量最高，高达117件，占全球申请量的44%，日本是窄间隙焊接技术最先进，实力最雄厚的国家，其窄间隙焊接的板材厚度可达150mm和250mm。该国的窄间隙焊接技术应用已扩大到各个工业领域，如锅炉和压力容器、船舶和海洋构筑物、工业机械、压力钢管等。中国的窄间隙焊接技术的专利申请量达79件，居世界第二。德国、美国的专利申请量接近，分别是26件和22件，韩国和印度的申请量分别是12和8件。值得注意的是德国和美国的专利大多同时申请了WO、EP及其他国家的专利（同族专利），以获得多个国家的专利保护，但我国在同族专利申请方面有所欠缺，这可能与我国的专利权人构成类型有关。
图5全球窄间隙焊接技术专利的主要申请国分布
24主要申请国的IPC分布
对比主要申请国的IPC分布，可以分析出国家的技术领域分布及产业战略布局情况。表2列出的是日本、中国、德国、美国四国窄间隙焊接专利申请量位居前三位的IPC排名。可见日本的主要研究方向集中在B23K-009/00（钎焊），B23K-009/12（点焊、缝焊或切割的电极或工件的自动进给或移动），B23K-009/16（气保焊）等方面。中国的专利集中分布在B23K-009/28（焊条或电极夹持装置），B23K-009/16（气保焊），B23K-009/173（熔化电极）等方面。德国关注的是窄间隙技术在缝焊，埋弧焊方面的研究。美国的研究热点集中在气保焊、钎焊等方面。通过进一步分析各国专利情况，可知欧美国家在埋弧焊（SAW），钨极惰性气体保护焊（TIG）应用较多，熔化极气保焊（GMAW）较少，而日本的钎焊、GMAW窄间隙应用非常广泛。我国研究较多的是粗丝大电流窄间隙埋弧焊和窄间隙热丝TIG焊，2008年后有关GMAW的专利申请量增加迅速。
表2专利申请国的IPC分布及专利数量
专利申请国IPC件数IPC件数IPC件数日本B23K-009/0026B23K-009/1226B23K-009/1620中国B23K-009/2821B23K-009/1620B23K-009/17314德国B23K-009/027B23K-009/187B23K-009/126美国B23K-009/168B23K-009/126B23K-009/005
25主要专利权人分析
通过统计专利权人在窄间隙焊接技术申请专利的数量，可得知该项技术主要集中在哪些企业部门，或哪些机构具有行业领先地位。表3列出了窄间隙焊接技术专利申请量最多的前10个高产机构，共申请专利82件，占全部265件专利的3094%。日本占据了8个席位，均是日本的重工业公司如神户钢铁公司、新日本钢铁公司、日本钢管公司、日立船舶工程有限公司等等。日本公司专利申请的时间多集中于80年代，方向集中于电弧焊接和切割，等离子弧焊中窄间隙技术的应用。例如神户钢铁公司的专利多围绕厚管窄间隙焊，厚钢板、铝合金的水平窄间隙电弧焊而展开。德国的西门子公司申请专利8件，排名第4，申请时间集中于1997年至今，研究方向以窄间隙气保焊及窄间隙焊接的具体装置＼设备为主。从全球专利权人的机构类型来看，窄间隙焊接技术的专利权人以企业为主，企业是窄间隙技术研发的主力军，技术应用成熟。
表3专利申请量居前十位的专利权人概况
〖〗专利权人名称（英文）专利权人名称（中文）件数比率（%）国家1KOBE STEEL LTD神户钢铁公司14528日本2NIPPON STEEL CORP新日本钢铁公司12453日本3NIPPON KOKAN KK日本钢管公司10378日本4SIEMENS AG西门子公司8302德国5ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY IND石川岛播磨重工业7264日本6NKK CORP日本钢管公司7264日本7HITACHI SHIP & ENG CO LTD日立船舶工程有限公司6226日本8KAWASAKI HEAVY IND LTD川崎重工业股份有限公司6226日本9MITSUBISHI JUKOGYO KK三菱重工业株式会社6226日本10UNIV JIANGSU SCI&TECHNOLOGY江苏科技大学6226中国
我国的专利权人类型与国外不同，是以高校及科研院所为主。其中江苏科技大学有关窄间隙焊接专利的申请量在DII中排名第十，全国申请量居首位。我校专利的主要发明人是王加友教授及其课题组成员，方向集中在摇动电弧GMAW焊接方法、空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法、装置及焊缝跟踪新方法方面。申请量居次的分别是哈尔滨工业大学和西北工业大学。哈尔滨工业大学专利集中在窄间隙MIG/MAG焊炬、GMAW方法、焊接装置等方面，西北工业大学专利集中在GMAW焊枪、熔化极氩弧焊枪、石油方钻杆窄间隙脉冲GMAW焊方法等方面。
通过检索表4中每一条专利的法律状态，可知高校的部分科研成果已转让给企业，例如江苏科技大学转让窄间隙焊接专利3项，哈尔滨工业大学1项。专利的转让率较低，说明我国还处在窄间隙技术的基础研发阶段，专利技术多限于高校，急需加强产学研相结合的循环模式，以推动技术成果的转换和企业的技术创新。表4国内专利申请人排名及概况
申请人专利
数量专利转让
数量江苏科技大学133哈尔滨工业大学61西北工业大学50中国石油天然气集团公司50中国石油集团工程技术研究院50兰州理工大学40上海交通大学40东方电气集团东方锅炉股份有限公司30苏州工业园区华焊科技有限公司30注：表中采用SIPO的数据，由于DII部分收录SIPO及收录的滞后性，所以表4与表3的江苏科技大学的专利申请量数据并不一致。
3结论
通过以上对窄间隙焊接技术领域的专利情报分析，可以得出以下结论：
（1）全球窄间隙焊接技术专利由技术萌芽期（1973-1977年）、快速增长期（1978-1983年），后进入技术稳定期（1984-2006年）。2007-2013年出现了第二个研究峰段，专利申请量较技术稳定期所增加，这也与近年国内外窄间隙焊接技术学术研究升温的现象相符。说明经过实践检验，更加适合的窄间隙焊接方法被挑选出来，其研究也由提出新的窄间隙方法过渡到针对具体产品具体结构的窄间隙焊解决方案。
（2）窄间隙焊可用于多种焊接方法，是一项综合技术。专利的核心类别集中在电弧焊、缝焊、埋弧焊、TIG焊的应用上，专利的过渡类别集中在MIG焊、等离子弧焊等方面。专利的撰写集中于窄间隙焊接技术的两个重要问题，即焊缝跟踪和保证侧壁熔透，同时在保证焊接质量的基础上进一步提高效率。
（3）日本是窄间隙焊接技术应用最成熟的国家，其窄间隙焊接专利申请量高达117件，占全球申请量的44%。全球窄间隙焊接技术专利申请量最多的前十位专利权人，日本占据8席，且均是重工业企业。日本的窄间隙GMAW、钎焊技术应用非常广泛。
（4）我国窄间隙焊接技术自2005年以后发展迅速，研究方向由窄间隙埋弧焊的开发拓展到窄间隙TIG、GMAW等焊接方法。江苏科技大学的窄间隙焊接技术专利申请量居全国首位，DII排名第十。最适于实际生产的窄间隙GMAW技术应作为我国今后发展的方向。我国的窄间隙焊接技术也应在借鉴国外偏重于机械式的基础上，利用的计算机控制技术向机械和控制相结合的方式发展。
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