专业化焊接电工实训台对于智能焊接技术学生技能训练的必要性

严瀚林 王 铎 顾兴豪 胡宗政

兰州职业技术学院机电工程系 甘肃 兰州 730000

1 焊接电工课程重要性

普通高等学校专科专业中将焊接技术与自动化专业改名为智能焊接技术专业,名称修改重点在“智能”、与传统焊接相比,突出了智能焊接、前沿焊接技术,未来在焊接加工过程、质量管理、生产管理等实现焊接管控一体化。智能焊接专业学生毕业后能够在压力容器、石油化工、核设施、发电设备、铁路、冶金、汽车、船舶、港口、航空航天、水利、机械、精密仪器等行业从事焊接自动化、智能焊接机器人操作、前沿焊接技术生产作业、设备维护、质量管理工作,技术含量将会更高,工作环境变好,劳动强度也会降低。

在职业教育中,智能焊接技术人才培养方案就要和改名前焊接技术与自动化专业有所不同。换言之,智能焊接技术人才培养方案在结合1+X特种焊接技术考证的同时,还要合理设计培养学生焊接生产技术课程体系,设计培养学生自动控制技术、机器人操作技术课程体系,让学生毕业后具备焊接设备、自动化设备、智能焊接机器人调试、使用、维护、维修,还具备制图、焊接质量控制、焊接质量检测、焊接生产管理、加工工业设计等能力,保证能够担起焊接领域智能制造的工作任务。

因此,智能焊接技术专业两大课程体系——焊接生产技术课程体系和自动控制技术、机器人操作技术课程体系,焊接生产技术课程体系是焊接相关课程,包括《焊接方法与设备》、《金属学与热处理》、《材料焊接性》、《焊接结构生产》、《金属熔焊原理》、《焊接检验方法》、《焊接生产管理》等;自动控制技术、机器人操作技术课程体系,包括《机器人焊接技术》、《自动化控制》、《电工电子》等。基于培养智能焊接技术学生实现焊接智能制造,就要将两个课程体系相互交叉、相互融合,如果单纯沿着这两个体系开设课程,从教学上来说总课时量会增多,教学资源浪费,学生学习压力增加;从能力培养上来说,学生也不能很好将两方面技能融合,不能保证学生毕业就能承担起生产任务,所以在开设课程时,就需要在焊接技术与自动化专业开设课程基础上进行修改和整合,必要时还要根据学校自身特点重新选择教材或者编订教材,或者开设生产性实训大课程。

在课程整合方面,两大类课程体系都需要电工电子课程做支撑,根据专业设置要求,课程内容需要保证学生能够识别基本电工电子元器件,识别焊接电源相关的半导体,识别直流、交流电路、三相交流电路;具有焊接生产用电安全意识、能力;熟知焊接电弧电特性,弧焊电源基本要求,弧焊电源系统稳定性控制;掌握磁路和变压器基本原理,掌握各类弧焊方法中焊接主电路、控制电路原理,焊机与自动控制设备连接等知识。所以在电工电子这方面,智能焊接技术专业的《焊接电工》课程标准就需要在焊接技术与自动化专业的基础上做一定改动,保证满足两大类课程的要求,来支撑学生后期对于自动化控制、机器人焊接技术、焊接方法与设备、焊接结构生产等课程的学习。

在以往学生实习调研中,也发现了《焊接电工》课程设置存在弊端,如从2016年至2021年五年参加焊接顶岗实习的200多名焊接专业学生调查问卷结果来看,91%学生认为《焊接电工》课程很重要,80%学生觉得焊接电工知识覆盖范围不广泛、不够深入,70%学生任务焊接电工训练缺乏针对性,87%学生认为自动化生产调试时电工技能不熟练。

2 《焊接电工》课程设置

基于上文讨论结果,《焊接电工基础》课程内容可设置为以下几个部分:实训环境与安全用电、直流电路、正弦交流电路、半导体元件及其应用、电子电路、焊接电弧及其电特性、对弧焊电源基本要求、变压器与弧焊变压器、焊接电源控制电路、典型焊接设备故障维修和保养等。其中,实训环境与安全用电、直流电路、正弦交流电路、半导体元件及其应用、电子电路课程内容解决保证学生的用电安全,为学生进行焊接设备与其他自动化设备连接、操作,提供了电气知识基础,也为学生认识焊接电源提供了知识基础;焊接电弧及其电特性、对弧焊电源基本要求、变压器与弧焊变压器、焊接电源控制电路、典型焊接设备故障维修和保养,是学生掌握焊接电特性、各类弧焊电源电路以及维护的知识、技能储备来源。

具体可以设置以下章节,第一章用电安全:试验台用电安全、焊接用电安全、触电现场急救;第二章直流电路:电路和电路模型,直流电路物理量,电路元器件,电路工作状态,基尔霍夫定律,电阻的连接;第三章交流电路,交流电参数,单一参数正弦交流电路,整流电路,三相交流电路;第四章半导体元件和应用:半导体元件,三极管放大电路,稳压电路;第五章常用低压电器与电路:常用开关及按钮,交流接触器,继电器,行程开关,电磁气阀及压力开关;第六章焊接电弧及电特性:焊接电弧物理特性,焊接电弧结构及伏安特性,交流电弧;第七章弧焊电源基本要求:弧焊电源外特性,弧焊电源调节性能,弧焊电源动特性;第八章弧焊变压器:磁场基本物理量,铁磁性能及能量损耗,磁路及磁路定律,交流铁芯线圈电路,弧焊变压器工作原理;第九章控制电路:轴流风机,三相异步电动机单向运行控制电路安装,三相异步电动机正反转控制电路安装,焊接电源控制电路;第十章典型焊接设备故障维修与保养,晶闸管弧焊整流器的故障维修与保养,逆变式弧焊整流器的故障维修与保养,弧焊变压器的故障维修与保养,脉冲弧焊电源的故障维修与保养。

3 《焊接电工》课程对实训台要求

智能焊接技术专业强实践,重训练,教材、实训平台（实训设备）与课程标准的贴合程度越高,越能发挥教师教学能力,越能进行专业相关针对性训练,在提升学生学习效果和学生实践能力方面也很显著,所以焊接电工应该根据人才培养方案和课程标准来开发、选用、配置专业性电工实训平台,具体需要包括基本直流电路、交流电路,交流铁芯线圈电路,基尔霍夫定律验证,逆变式弧焊整流功能,晶闸管弧焊整流实训功能,脉冲弧焊电弧电源脉冲电路设计,IGBT模块,直流散热风扇电路等模块。

这样强专业性焊接电工实训平台能方便焊接专业学生对焊接电工知识进行专业性实验,能让学生完成焊接电源相关的用电安全,整流、逆变等主要焊接电源主电路原理、电路搭建学习,也能保证学生进行条理感、模块式、项目化、安全性实操学习,对学生电路原理学习、实际电路搭建、电源维护都有直观的意义,对学生后期《焊接方法与设备》、《机器人焊接技术》、《焊接自动化技术与应用》、《特种焊接技术》等课程学习起到很好支撑作用,对学生参加1+X特种焊接技术考证、机器人焊接技术比赛,工业机器人技术应用等比赛也有很大的知识、技能铺垫。

4 目前存在的电工实训台

目前,《焊接电工》教材较多,且95%为中职教材,剩余5%教材中与焊接电工贴合的教材更少。同时,与智能焊接技术人才培养要求贴近的焊接电工实训台同样缺乏,或者说能够完全适用于焊接专业学生电工实训平台缺乏,各个职业院校焊接专业学生与机电一体化、电气自动化等专业学生使用同样的电工实训平台。这类平台包括了直流、交流、基尔霍夫定律、三相交流电机等功能,非常适用于电气自动化专业,但是不能很好适用智能焊接技术专业,造成焊接专业学生在实训期间所学技能不能很好与专业对应,造成时间浪费,技能提升效率不高。

设计并搭建出一个适用于智能焊接技术学生的专业性焊接电工实验平台在本文所述背景下就非常必要,但是各个职业院校焊接专业学生相对较少,而焊接电工实训平台又只能用于焊接专业学生,所以单独为焊接专业学生搭建焊接电工实训室、购买焊接电工平台会造成资源浪费。现在职业院校使用的电工实训台多是试验箱式电工台,如果在原有电工实训平台上开发焊接电工实训模块并做成箱体,也会是一个不错的选择。

5 总结

随着焊接设备的智能化、自动化的普及,虽然自动化焊接不能完全取代手工焊接,但是需要手工焊施焊的工作场景逐渐减少,焊接不再是单独的一项工作,或者说一种普通的工种。焊接设备也不是单独出现在生产场所,而是与多台机器人、变位机、传输带、视觉、计算机、可编程控制器等其他设备组成工作站或者柔性生产线。对与焊接技术人员来说,掌握焊接相关设备操作、机器人操作、设备维护、焊接工作站（柔性生产线）搭建技能越来越重要,焊接电工技能就会在他们的工作中起着非常大的作用。

从行业需要反映到智能焊接技术人才培养,要求职业院校教会学生普通焊接知识和技术,也要教会学生智能制造相关技能。

焊接人才培养要求增加,学校可以通过精简课程、课程与课程融合,合理配置资源,来提高学生学习效率。对于《焊接电工》教学,专业的焊接电工实训台对提升学生电工技能、降低学生学习成本、服务智能焊接人才培养非常必要。