蘭州理工大學焊接技術與工程專業

一、概 況

蘭州理工大學焊接技術與工程專業始建于1965年。1998年根據國家頒布的新專業目錄，與鑄造、金屬壓力加工專業合并成材料成型及控制工程專業。2005年該專業被確定為蘭州理工大學的重點與優勢專業，2007年成為國家級特色專業。2008年，經國家教育部批準，恢復設立“焊接技術與工程”特色專業， 2011年成為甘肅省特色專業。1998年，以焊接專業為主要依托的材料加工工程學科獲得了甘肅省第一個工學博士學位授予點。2003年，建立了甘肅省第一個工學博士后流動站。2005年，獲得材料科學與工程學科一級學科博士學位授予權。蘭州理工大學焊接技術與工程專業有專任教師23人，其中正高職9人，副高職9人；碩士以上學位教師21人，其中博士學位13人。在校學生人數795人。其中，博士17人，碩士研究生59人。

蘭州理工大學焊接技術與工程專業經過幾十年的發展，順應我國焊接技術發展的需求，積極適應社會人才市場變革需要，不斷優化完善專業特色，在人才培養和學科建設方面取得了社會的廣泛認可。人才培養質量和社會聲譽高，畢業生一次就業率多年來一直保持在95%以上。專業成立以來已培養了3000多焊接專業人才工作于祖國建設的各個行業，為我國焊接事業的發展做出了重要的貢獻。該專業自創立以來，全體教職工發揚“艱苦奮斗，自強不息，求真務實，開拓創新”的“紅柳精神”，扎根西部，艱苦奮斗，在專業建設上取得了令人矚目的成就。該專業涌現出了以中國焊接學會前任理事長、中國焊接終身成就獎獲得者陳劍虹教授為代表的一大批在國內焊接界具有重要影響和突出貢獻的教師，在科研及教學上也取得了諸多在國內外具有重要影響的成果，使蘭州理工大學焊接技術與工程專業躋身于國內一流焊接專業的行列，在焊接領域具有較高的知名度。

二、科研情況

蘭州理工大學焊接技術與工程專業積極開展高水平研究工作，近年來承擔863項目、973預研項目、國家自然基金重點項目、國家自然基金項目及各類國際合作項目30余項。另外，積極加強與企業合作，承攬了數百項企業工程項目，開發了多種成套焊接裝備及關鍵技術，將科技創新轉化為企業生產力，多次榮獲政府嘉獎。近年來獲得國家、省部級科技技術獎20余項，“寬帶極高速堆焊技術開發應用研究”獲機械工業部科技進步三等獎，“細絲埋弧焊及電弧跟蹤技術研究”獲國家機械局科技進步三等獎，“水輪機活動導葉堆焊磨削質量控制及修復專用設備研制”獲甘肅省高校科技進步一等獎；近三年來發表學術論文100余篇，其中被SCI檢索40余篇，EI檢索80篇，ISTP檢索20余篇。在焊接工藝、焊接材料、焊接設備研發等領域獲得18項國家發明專利，已有多項發明專利成果實現了產業化，充分發揮了高校科研機構作為技術源頭，為國家及地方經濟建設服務的作用。積極開展國際交流與合作，與美國通用汽車公司、德國弗勞恩霍夫材料力學研究所、德國柏林工業大學擠壓研究中心、日本大阪大學、美國肯塔基大學等建立了長期合作關系，聘請了多位國內外知名學者擔任兼職客座教授。

三、研究方向

蘭州理工大學焊接技術與工程專業的主要研究方向涵蓋焊接物理及數值模擬、異種金屬材料的焊接、焊接結構及其承載力的研究、智能自動化生產、活性焊接、復合焊接技術、表面防護、先進焊接方法、焊接冶金及新型焊接材料、無損檢測技術、表面改性及修復等領域，研究門類齊全并多個領域形成了特色研究方向。

四、職業培訓及資質認證

蘭州理工大學焊接技術與工程專業與哈爾濱焊接技術培訓中心合作實現國際焊接工程師的培訓與認證，年招生和認證學員近200人，認證規模和一次通過率居全國前茅，取得了良好的社會效益。

在新的歷史時期，蘭州理工大學焊接研究所將一如既往地開展前沿焊接技術的研究和高層次焊接人才的培養，積極尋求與產業界的深入合作，共創焊接美好明天和輝煌未來。

五、代表性研究成果

1、活性焊接技術

自主研發了針對鋁合金、不銹鋼和碳鋼的A-TIG焊活性劑產品。不銹鋼活性劑（CN200510043013.8）和低碳鋼活性劑（CN02114494），獲國家發明專利授權。活性焊接方法方面，電弧輔助活性TIG焊已獲授權國家發明專利（ZL 200810018263X），此方法在增加熔深的同時能夠消除咬邊和駝峰缺陷，可以應用于高速焊接。

TIG焊與A-TIG焊熔深對比

耦合電弧AA-TIG焊

TIG焊

自主研發低碳鋼與不銹鋼活性劑

電弧耦合AA-TIG焊

2、超窄間隙焊接技術

自主研發了焊劑帶約束電弧超窄間隙焊接方法。利用特定成分的焊劑帶對電弧進行約束，可保證I型坡口根部側壁的有效熔合。利用這種超窄間隙方法，使用常規的H08Mn2Si焊絲，對X80管線鋼進行焊接，可獲得等強匹配的焊接接頭，避免了熱影響區的軟化現象，可實現U71Mn鋼軌超窄間隙對接。

焊劑帶約束電弧超窄間隙焊接原理

鋼軌焊接試驗

焊縫形貌

鋼軌對接焊接接頭剖面

3、數字化焊機及智能化焊接

“數字化焊機及智能化焊接”是蘭州理工大學焊接技術與工程專業主要研究方向之一。在國內已形成有較大影響的學術特色，取得多項較高水平的研究成果，“寬帶極高速堆焊技術開發應用研究”獲機械工業部科技進步三等獎，“細絲埋弧焊及電弧跟蹤技術研究”獲國家機械局科技進步三等獎，“水輪機活動導葉堆焊磨削質量控制及修復專用設備研制”獲甘肅省高校科技進步一等獎，對經濟建設和社會發展做出重大貢獻。

1） DSP控制數字化焊機

焊機控制系統以美國TI公司高性能數字處理器TMS320F240為控制核心，采用脈寬調制（PWM）方式，實時進行PI控制來保證焊機的外特性及功率輸出。系統設計了良好的人機對話界面，焊接參數預置方便、簡單，并采用LED數碼管實時、動態顯示各焊接參數。針對工作現場及焊接過程中可能出現的如過熱、過流、過欠壓等故障設計了保護電路。系統軟件采用模塊化設計方法，執行速度快、效率高、移植性好，便于焊機功能升級。該項目達到國內領先水平。該焊機可滿足多種焊接工藝要求，可用于全位置焊接，并可作為焊接機器人的專用電源。

DSP控制的數字化焊機外觀

數字化控制電路

2）300kVA微弧氧化電源

研制成功了300kVA微弧氧化電源，主要用于鋁及其合金、鎂及其合金表面上生長一層氧化鋁、氧化鎂膜，以提高鋁及其合金、鎂及其合金表面的硬度，改善其表面耐磨、耐蝕、耐壓絕緣及抗高溫沖擊特性。該技術填補國內空白，達到國際先進水平。

3）水輪機轉輪補焊專用焊接設備

針對水電站水輪機轉輪修補研制了專用弧焊機械手和微機數字控制脈沖MIG/MAG弧焊電源，組成了水輪機轉輪自動堆焊專用焊接設備。主電路采用IGBT功率轉換器件，以80C196KC單片機為核心組成控制電路，對其進行實時精確數字控制，響應速度快，抗干擾能力強，可靠性高，能實現全位置焊接。送絲系統采用MOSFET型高頻開關器件，開關頻率15kHz，送絲穩定，調速范圍寬。

逆變焊機外觀

專用機械手具有五個自由度，覆蓋區域為800×800，可在轉輪流道寬度（直徑6m的水輪機）210mm內靈活動作，可修補焊面積達85%以上。控制系統示教再現面積小于0.8mm，手部擺幅0～30mm，擺頻任意可調，機械手總重15kg，控制系統以微機為核心，集中關節動作信息、采集、發送、協調控制為一體的控制系統和控制軟件，使其示教再現誤差在0.8mm。

4、自動化生產裝備

網架自動焊接專機

1）礦山巷道支護用網架自動焊接生產線

主要用于礦山巷道支護用鋼筋網架、道路混凝土用鋼筋網架、道路護網等的自動焊接。該設備由焊機、工作臺及傳送裝置、緯料自動上料機構、經料自動上料機構、供氣及氣路、控制柜等部分組成。鋼筋網架結點強度大于950kg，能滿足網格為150×150mm或300×300mm時，網架寬度1700mm，長度4000mm礦用網架所需規格的焊接，焊接效率高，每小時可以焊接50～60只網架。

2）水輪機活動導葉補焊磨削修復專用設備

主要用于大型水輪機活動導葉磨損后的修復，可修復不同尺寸水輪機活動導葉，具有修復效率高，尺寸回復精度高等特點，已成功應用于劉家峽水電廠，該項目獲甘肅省科技三等獎。

3）礦山支護用桁架自動成型及焊接生產線

水輪機活動導葉補焊磨削修復專用設備

礦山支護用桁架自動成型及焊接生產線

可用于礦山巷道支護用桁架的自動成型及焊接，該設備焊接的鋼筋網架結點強度高于1200kg。該設備可滿足2000×4000mm范圍內附筋間距為620～800mm時礦用桁架的成型、焊接要求。

5、焊接結構及變形研究

焊接結構設計與優化研究是蘭州理工大學焊接技術與工程專業主要研究方向之一。并逐漸凝練形成了“輕量化合金車用承載構件先進連接技術及動載大變形力學行為研究”和“鋁鎂合金正反向等溫擠壓關鍵技術研究”兩個學術方向。完成國家重大基礎研究項目“鋁合金車身動載下變形破壞規律的基礎研究”（2004CCA04900），國家自然科學基金“鋁合金熔焊對接接頭動載大變形及失效機理研究”（51065016），甘肅省科技重大專項“大型復雜截面鋁合金型材反向擠壓生產的關鍵技術”（0702GKDJ009），及省部級多項研究工作。獲得甘肅省科技進步一等獎一項，發明專利2項。已完成了多種合金薄板結構的激光、CMT及復合焊接工藝研制，獲得了質量可靠的裁焊板結構。研究開發了“微孔剪切”和“穿刺試驗”裝置，結合有限元模擬技術可以對焊接各微區的材料性能進行表征，并對焊板結構件的強度設計和變形進行預測。

整車耐撞性仿真研究

接頭微區梯度力學性能表征試驗

接頭不均勻變形分布演化

6、智能焊接技術

以柔性焊接系統結構設計為準則、實現了高精度機構運動的智能計算機控制系統及算法、機器人與輔助工裝、生產工藝管理與現場控制的計算機網絡系統等內容。可以對制造工藝過程進行科學論證與設計，確定質量控制關鍵點，制定合理的工藝規程、組對順序和焊接工藝。項目成果在金川集團機械制造有限公司得到應用，顯著提高了生產效率和產品的質量，成果獲甘肅省科技進步叁等獎。

7、復合焊接技術

提出的脈沖旁路耦合電弧MIG焊（Pulsed DE-GMAW）方法，解決了超小電流下MIG焊電弧穩定性及熔滴過渡問題，可以用于鋁/鋼、鎂/鋼之間異種金屬焊接及熱輸入敏感材料的焊接。采用脈沖旁路耦合電弧MIG焊對純鋁板1060和鍍鋅鋼板進行搭接焊接，焊絲總電流僅為50A，旁路電流為20A，母材電流為30A。接頭拉伸強度150～180MPa，能達到鋁材的85%以上。接頭質量和性能與Fronius CMT焊接相當，焊接效率高于CMT。擁有完全知識產權。

脈沖旁路耦合電弧MIG焊示意圖

鋁/鋼Pulsed DE-GMAW焊接頭