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王宝教授和他的焊接材料工艺质量分析与评价系统

2008年02月25日 11:39中国机床商务网点击:3570

——访中北大学焊接材料培训中心王宝教授

    [人物简介]王宝教授,中北大学材料科学与工程系方向带头人,博士生导师,曾任太原理工大学焊接材料研究所所长、材料科学与工程系主任,2002年受聘于中北大学,任教授。王宝教授是当今我国焊接材料研究领域最有影响的专家之一,以焊接电弧物理、焊接冶金与焊接材料为研究方向,承担了国家、部、省及其他各类研究项目,取得了20余项研究成果、5项国家发明专利,获重大科技成果奖21次,其中多项成果达到国际先进水平,主持的奥氏体不锈钢焊条项目荣获2000年度国家科技进步二等奖,出版专著两部。

    2007年11月14日,受中北大学王宝教授邀请,《机械工人》杂志社一行3人赶赴中北大学焊接材料技术培训中心,独家采访王教授基于德国汉诺威焊接质量分析系统的二次创新成果——焊接材料工艺质量分析与评价系统。

    11月的太原,寒风渐紧,但是王宝教授的热情接待使我们忘记了初冬的寒冷和一路的疲惫,得益于东道主的周密安排,仅用一天的时间,我们便对中北大学焊接材料技术培训中心以及“焊接材料工艺质量分析与评估体系”有了较为深入的了解。

    中北大学焊接材料技术培训中心背景介绍

    2002年3月,德国汉诺威大学与华北工学院(中北大学前身)签订了共建“焊接材料技术培训中心”的协议书,2003年12月2~3日在华北工学院召开与德国汉诺威大学共建的“焊接材料技术培训中心”(简称焊接材料中心)成立大会。

 

    焊接材料技术培训中心的主要任务是: 引进德国汉诺威大学材料连接焊接工艺研究中心的焊接质量分析系统;结合我国焊接行业的发展现状,进行“焊接材料工艺质量分析与评估”课题的研究;对我国焊接工程技术人员培训,在全行业推广“焊接材料工艺质量分析与评估”新技术,以推动我国焊接技术进步。

    合作攻关破解“焊接材料工艺性分析和评价”难题

    德国汉诺威大学研制的焊接质量分析系统,是一个对弧焊过程电参数快速数据获取与处理系统(可以表示为AH-焊接质量分析仪)。使用该测试仪对焊接时的电弧电压、焊接电流瞬时值以每秒数十万次的速度实时采样,并对这些瞬时值进行初次统计分析,提供焊接过程大量的数据信息,为焊接材料工艺性的评价提供了条件。

    然而,AH-焊接质量分析仪直接应用于焊接材料工艺性的测试却存在技术障碍。由于焊接材料的构成、类型和品种存在多样性,焊接时焊接材料参与的冶金过程对焊接电弧物理特性的影响十分复杂。焊接时电信号的随机变化如何反映焊接材料的冶金特性和电弧物理特性?电弧物理特性参数与焊接材料焊接工艺性有怎样的关系?一直是一个难以破解的课题。只有破解这一难题,才可能使AH-焊接质量分析仪在焊接材料技术领域中得以应用。

    焊接材料中心成立近四年来,中北大学和德国汉诺威大学合作开展了“焊接材料工艺质量分析与评估”课题的研究,在王宝教授、宋永伦教授和D.Rehfeldt教授的共同努力下,终于完成了预期的目标。为此,2006年6月,山西省科技厅组织国内有关专家,在太原市对该项目进行了科技成果鉴定。由林尚扬院士和唐伯钢教授级高工主持了鉴定会。专家组一致认为:该项目以王宝教授长期积累的焊接电弧物理研究成果为基础,以AH-焊接质量分析仪为手段,针对钛钙型结构钢焊条、低氢型结构钢焊条、不锈钢焊条及药芯焊丝等不同种类焊接材料的电弧物理特性,经过进一步的应用开发,提出了相应的判据,建立了焊接材料工艺性评价指标体系,从而使焊接材料的工艺性由依靠人为的直接经验和定性评估,提高到以数据信息为基础定量评价的科学层面上来,是对焊接材料工艺质量测试技术的突破,成果达到国际先进水平。

    该研究课题具有以下创新点:

    “针对不同种类焊接材料的电弧物理特性,建立了焊接材料工艺评价指标和体系,提出了相应的判据,实现了焊接材料的工艺性由定性经验评估到定量的科学评价”;“提出了焊接材料工艺稳定性定量评价概念,建立了焊接材料的工艺质量稳定性评估方法”。

    焊接材料工艺质量分析与评估体系的实用意义和应用前景

    众所周知,焊接材料的性能主要有两个方面,理化性能和工艺性能。焊接材料的理化性能有特定的测试仪器、设备和一定的检测方法,有规定的标准,测试结果用数

    据来评定,但是焊接材料的操作工艺性除了脱渣性、飞溅率等可以进行测量外,对焊接材料的焊接工艺性的评价过去无论是国内还是国外主要是靠人的观察和感觉来定性的评估。由于受个人经验和主观感觉的制约,往往不同的操作人对同一种焊接材料的工艺性评价不一,这如同品酒一样,没有标准,全凭品酒人的感觉。这显然影响评价的客观性和科学性。而焊接材料工艺质量分析与评估体系,是针对某一类产品的特点由分析仪提取与之相关的特征信息,经过二次处理以后,变成简单易懂的数据,来说明它的工艺性,从而实现对焊接材料工艺性的定量评价。

    本项技术的实际应用意义在于:

    (1)焊接材料工艺性的科学评价,对焊材企业自身产品的工艺性可以准确定位,为产品的改进、研制和创新提供依据,明确具体目标。
    (2)焊接材料工艺性的科学评价可以用于焊接材料产品工艺质量的评比,对促进焊接材料行业产品工艺质量的提高起着引导作用。
    (3)焊接材料工艺性的科学评价方法的采用,为用户选择工艺性优良的焊接材料提供依据;在市场化的重大焊接工程招、投标中,能实现对焊接材料工艺性的公正评估。
    (4)焊接材料生产企业应用本项技术,可以方便地建立产品工艺性技术档案,对焊接材料产品的稳定性进行监测,对现行生产工艺的合理性进行分析,为焊接材料企业产品质量的科学管理,提供一种新的方便手段。

    焊接材料工艺质量分析与评估体系实用化及成果转化

    焊接材料工艺性评价体系的建立耗费了王宝教授几年的心血,如果此项技术仅仅停留在学术研究阶段,无疑是科技资源的巨大浪费。为此,2006年完成科技成果鉴定会后,科技成果转化便提到了日程上来。

    采用焊接质量分析仪分析和定量评价焊接材料工艺性,其评价结果需要在采样后,提取相关的数据进行计算和处理后得出,由于计算和处理操作比较繁琐,尤其是对多组样品测试时,明显影响工作效率。另一方面,数据处理对操作人员的技术能力要求较高,使焊接质量分析仪对焊接材料工艺性评价的应用受到限制。为了使这一成果便于推广应用,一年来,王宝教授和他的助手们共同设计开发了“焊接材料工艺质量分析与评价系统”软件(见下图)。使测试过程中的数据处理由设计的计算机程序完成,适应了实际需要,大大简化了焊接材料工艺性评价过程,试验操作过程从最初的半小时缩短到现在3~5min。这意味着该技术已经达到实用阶段。

 

具有自主知识产权的评价软件

    目前,可投入使用的评价系统,由汉诺威质量分析系统、分析仪硬件和焊接材料评价软件三部分组成,已经实现国产化。如果现在用户有需求的话,中北大学可以在15天内提供整套焊接材料分析系统,并且负责仪器的安装调试和人员的操作培训,同时评价软件可以随着各类焊接材料工艺性判据的积累和完善而不断升级。

    焊接材料工艺性评价演示

用焊接质量分析系统对A132焊条的工艺性进行测试的现场

    采访中,为了能让我们对整套评价系统有更直观的认识,王宝教授和他的助手们在现场为我们做了演示。演示过程分为三个部分:首先对评价对象A132焊条用AH-焊接质量分析仪进行检测,之后,采集焊接电参数相关数据,对采集到的数据由焊接材料评价软件进行分析,最后直接打印出焊接材料工艺性测试评价报告,整个过程用时不到5min。

    焊接质量分析系统的基本功能

(1)可对焊条电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧焊及其他弧焊方法焊接过程的电弧电压、焊接电流的随机变化进行精确数据统计和数据处理,自动绘制图表并提供瞬时值,形象直观地判断熔滴过渡形态及特征。
(2)监测焊接过程的稳定性。弧焊过程中的任何偶然因素引起的波动,都会在分析仪统计的数据和生成的相应图表中反映出来,以此分析焊接过程的稳定性。
(3)对焊接材料的工艺质量进行分析与评价。由分析仪提取的与各种焊接材料工艺性相关的数据信息,经分析处理,可实现对钛钙型、低氢型、不锈钢焊条、高纤维素焊条、药芯焊丝和实芯焊丝的工艺性进行分析评估。
(4)测试焊接电源特性。焊接电源电特性都会通过电参数反映出来,它直接描述了焊接电源特性,是研究、考核焊接电源电特性的理想手段。
(5)对焊材产品质量的稳定性进行监测。采用汉诺威分析仪可以方便地对企业自身同类不同批次产品同时进行分析对照,从而对产品稳定性做出判断,为企业焊接材料产品的质量管理提供了方便、快捷和实用的工具。

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