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                        1. 教育教學

                          教育教學

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                          專業研修提升內涵,專家指導提升水平 ——“智能焊接與增材制造高級研修班”學習體會

                          眾所周知,制造業是國民經濟的支柱產業,是工業化和現代化的主導力量,是衡量一個國家或地區綜合經濟實力和國際競爭力的重要標志,也是國家安全的保障。是立國之本、興國之器、強國之基。當前,新一輪科技革命與產業變革風起云涌,以信息技術與制造業加速融合為主要特征的智能制造成為全球制造業發展的主要趨勢。為此,近年來世界上主要工業國為了適應新的形勢,抓住機遇,相繼提出了相應戰略規劃,如德國的“工業4.0”,美國“工業互聯網”,日本的“工業價值鏈”。我國也于2015年提出《中國制造2025》,作為推進實施制造強國,改變我們制造業大而不強現狀的第一個十年的國家戰略。

                          為進一步貫徹和落實國家在智能制造和焊接自動化領域的戰略部署,提升專業技術人才素質能力,由省人社廳主辦,太原理工大學承辦的“智能焊接與增材制造”高級研修班于2021726-730日在太原順利舉辦。多位高校、行業專家帶來了智能焊接、增材制造行業內的最新知識和發展趨勢,讓我受益匪淺。作為一名技工院校的教師,自身對行業發展的關注需要敏感和重視,積極提升自己專業能力,才能保證培養的高技能人才能緊跟行業和技術的快速發展,服務于區域的經濟發展,為我省轉型跨越發展提供人才紅利。

                          本次培訓主要在激光增材制造、先進焊接技術、機器人智能焊接、焊接結構性能評價焊接電弧物理及焊接過程中的監測等方面進行了詳細生動的闡述,講解者均為高校、行業和企業的專家,他們知識體系準確、專業領域先進、技術水平高深、知識講解深入,讓我全面的了解和學習了智能焊接與增材制造的發展趨勢和應用,對焊接專業有了更進一步的了解,對于未來學校專業建設有了技術指導和理論支持,受益匪淺!總結幾天的培訓,我也對本次培訓內容進行了思考和體會,希望對將來的專業發展提供技術支撐。

                          一、金屬零件增材制造技術及應用

                          增材制造又稱“3D打印”,是20世紀80年代后期發展起來的一種新型加工技術,基于離散-堆積原理,采用與減材制造技術相反的加工方式(逐層累加),最終得到立體實物的過程。具有近凈成形、加工成本低、加工周期短、設計自由度大、節約原材料、節省時間等優點。目前,增材制造成形材料包含了金屬、非金屬、復合材料、生物材料等,成形工藝能量源包括激光、電子束、特殊波長光源、電弧以及以上能量源的組合,成形尺寸從微納米元器件到10m以上大型航空結構件,在航空航天、國防、工業、醫療、汽車、電子等領域得到了廣泛應用。

                          1、金屬增材制造技術分類

                          金屬增材制造有眾多工藝分支,分別采用不同的原材料形式(如粉材、絲材、粒料、薄層等),并通過不同的疊加工藝成形(如激光、電阻加熱、電子束、電弧、粘接劑噴射等)。目前大規模應用的主要有:

                          (1)NPJ技術是以色列公司Xjet最新開發出的金屬3D打印成型技術,該技術使用納米液態金屬為原材料,以噴墨沉積的方式進行快速精確成形,打印速度相較于普通激光打印提高500%,且成形件精度和表面粗糙度相較于激光3D打印有較大提高。

                          (2)選區激光熔化成形技術 (SLM)是目前金屬3D打印成型中最普遍的技術,其工作原理是采用精細聚焦光斑快速熔化預置金屬粉末,直接打印獲得具有任意形狀以及完全冶金結合的零件,所得制作致密度可達99%以上。

                          (3)激光熔覆成形技術(LMD),該技術采用送粉機制(具體可分為同軸送粉和斜軸送粉),將粉末通過噴嘴定向聚集到工作臺面,然后利用激光對粉末進行定向燒結,粉末熔化冷卻后獲得堆積的熔覆實體。

                          (4)電子束選區熔化成形技術(SEBM),工藝過程與SLM過程基本相似,具體區別在于所采用能量源由激光變為電子束,且增加粉床預熱工藝,在打印過程中可有效減小粉層間溫度梯度,從而大幅減少制件內部殘余應力。

                          2、金屬增材制造具體應用

                          1)航空航天領域

                          在航天領域,尤其是航天器零部件和天線等結構方面的領域,得益于太空的零(微)重力環境,在軌增材制造可以打印很多傳統加工方式難以實現的零部件。在航空領域,增材制造的應用逐漸成熟,從最初在非關鍵部件上的應用逐漸過渡到例如發動機核心部件的制造。例如使用增材制造燃油噴嘴,在減少部件的同時,提高燃油效率。在可以預見的將來,增材制造將在航空領域大放異彩,乃至于影響到飛機的整體設計。另外,3D打印為新型可變機翼的研發提供了強大的加工能力,顯著提高了新型結構的研發效率,并實現了應用于可變機翼的全新的結構體系。

                          2)生物醫療方面應用

                          隨著人口老齡化進程的急速加快和人均可支出醫療費用的增加,健康問題也逐漸成為人們所密切關注的問題,由此也促進了國內外醫療植入物市場的大爆發。3D打印技術由于可根據患者需求個性化地定制植入體形狀,并且精確控制植入物的復雜微觀結構,從而實現植入物外形和力學性能與人體自身骨的雙重適配,主要應用于齒科、骨科及顱頜面外科等硬組織的修復和替代醫療硬植體市場。經歷了近20年的發展歷程,金屬3D打印醫療植入物技術逐漸成熟,實現從基礎研究向應用轉化發展。

                          3)電子設備領域應用

                          在現代微波通訊系統及電磁應用領域中,增材制造技術為器件的小型化、輕質化、高精度、低成本制造提供了新方法,可有效降低傳統制造中存在的材料冗余、裝配誤差等缺點。在未來微波及太赫茲器件的增材制造技術發展方面,提升制造質量和速度,研發新材料以適應多功能需求以及實現更高頻器件制造將具有廣闊空間。隨著5G時代的到來和無線充電技術的發展,陶瓷材料的AM有望在新型手機背板的開發上發揮重要作用

                          二、智能焊接

                          在工業制造領域智能制造是未來的大趨勢,中國制造2025作為一個行動綱領,同樣也把智能制造放在很重要的位置,機器人焊接是智能制造的重要組成。焊接機器人是具有三個或三個以上可自由編程的軸,并能將焊接工具按要求送到預定空間位置,按要求軌跡及速度移動焊接工具的機器。包括弧焊機器人、激光焊接機器人、點焊機器人等。焊接機器人應用中最普遍的主要有兩種方式,即點焊和電弧焊。

                          眾所周知,焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能;另一方面,焊接又是一種勞動條件差、危險性高的工作。工業機器人的出現使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接,減輕焊工的勞動強度,同時也可以保證焊接質量和提高焊接效率。

                          工業機器人在焊接領域的應用最早是從汽車裝配生產線上的電阻點焊開始的。點焊機器人在汽車裝配生產線上的大量應用大大提高了汽車裝配焊接的生產率和焊接質量,同時又具有柔性焊接的特點,即只要改變程序,就可在同一條生產線上對不同的車型進行裝配焊接。

                          由于機器人控制速度和精度的提高,機器人焊接在汽車制造中的應用從原來比較單一的汽車裝配點焊很快發展為汽車零部件和裝配過程中的電弧焊。機器人電弧焊的最大的特點是柔性,即可通過編程隨時改變焊接軌跡和焊接順序,因此最適用于被焊工件品種變化大、焊縫短而多、形狀復雜的產品。這正好又符合汽車制造的特點。尤其是現代社會汽車款式的更新速度非???,采用機器人裝備的汽車生產線能夠很好地適應這種變化。

                          焊接機器人應用領域也在不斷擴展。焊接機器人電弧焊不僅用于汽車制造業,更可以用于涉及電弧焊的其它制造業,如造船、機車車輛、鍋爐、重型機械等等。因此,機器人電弧焊的應用范圍日趨廣泛,在數量上大有超過機器人點焊之勢。一些高強合金材料和輕合金材料(如鋁合金、鎂合金等)在工程中得到應用。這些材料的焊接往往無法用傳統的焊接方法來解決,必須采用新的焊接方法和焊接工藝。其中高功率激光焊和攪拌摩擦焊等最具發展潛力。因此,機器人與高功率激光焊和攪拌摩擦焊的結合將成為必然趨勢。事實上,像上海大眾等國內最具實力的汽車制造商在他們的新車型制造過程中已經大量使用機器人激光焊接。和機器人電弧焊相比,機器人激光焊的焊縫跟蹤精度要求更高。根據一般的要求,機器人電弧焊(包括GTAWGMAW)的焊縫跟蹤精度必須控制在電極或焊絲直徑的1/2以內,在具有填充絲的條件下焊縫跟蹤精度可適當放寬。

                          在“十五”期間,我國曾把包括焊接機器人在內的示教再現型工業機器人的產業化關鍵技術作為重點研究內容之一,其中包括焊接機器人(把弧焊與點焊機器人作為負載不同的一個系列機器人,可兼作弧焊、點焊、搬運、裝配、切割作業)產品的標準化、通用化、模塊化、系列化設計;弧焊機器人用激光視覺焊縫跟蹤裝置的開發,激光發射器的選用,CCD成像系統,視覺圖象處理技術,視覺跟蹤與機器人協調控制;焊接機器人的離線示教編程及工作站系統動態仿真??偨Y起來智能化焊接就是要具備自我識別、自動跟蹤、自我計算(位置、參數)、自由執行、自行檢測、自我評價。

                          通過這次培訓,我不但夯實了理論基礎,提高了專業技能,還與同行進行了交流,分享了教學經驗,真是受益匪淺。進一步增強了自己對教學的責任心和責任感,從別的老師身上學到很多東西,包括他們對教學工作嚴謹負責的態度、精益求精的精神,以及他們寶貴的教學方法和教學經驗。我也希望以后繼續有機會接受這樣的培訓,以便更好地完成教學任務,更加努力地提高自己職教理論水平和專業技能素質,堅定不移地從事職業教育。

                          這段時間的學習,使我更加清晰的看到了自身知識和能力的不足,作為一名青年教師,應該更加客觀地去重新認識、評價自我,潛心思考自身的發展問題,不斷地去提高自身素質,爭當一名教學理念創新,有精湛專業技能的“雙師型”素質的專業教師,增強以后適應社會、服務社會的能力,并更好地適應教學的需要,培養出更適應社會需要的人才。


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