焊接工艺论文范文

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2.返修焊接工艺

（1）缺陷的清除和坡口制

备根据射线底片上的缺陷种类、位置、深度及缺陷大小测量出缺陷所在的位置，并根据缺陷的性质和部位，使用角向磨光机对缺陷进行彻底的清除，并把坡口两边50mm区域内及坡口面的油锈等杂质清理干净。对清理完的地方，还要通过表面探伤加以确认，合格后方可施焊。清除缺陷后，用角向磨光机将返修部位打磨，打磨后的两端及表面过渡要平缓，宽度要均匀，便于施焊缓坡凹槽。如需全壁厚返修，应开V形坡口，坡口形式如附图所示。

（2）返修工艺

为了满足焊接施工的需要，保证返修后能得到良好的焊缝成形和接头性能，必须采用合适的焊接参数。具体焊接参数如表4所示。

（3）返修工艺要点

主要包括以下几个方面：第一，为避免出现冷裂纹，焊前必须将返修部位坡口两侧100mm区域预热，预热温度为120~160℃，坡口两边预热要均匀，施焊过程中层间温度控制在120~250℃内。第二，焊前焊条应进行350~400℃烘干，纤维素焊条烘干温度70~80℃，并在保温筒内存放，随用随取。坡口附近的铁锈、油污应仔细清理干净，以降低焊缝的含氢量，避免产生冷裂纹。第三，返修时SMAW根焊、填充盖面都采用向上焊。根焊时，采用小锯齿形运条方式，短弧向上焊接。焊接过程中控制熔孔大小始终保持一致，以保证焊缝成形良好。第四，必须严格按照焊接工艺要求进行返修，要一次性完成返修焊缝，焊层焊接的时间间隔要＜10min。如焊道中出现的非裂纹性缺陷，可直接返修。裂纹长度小于焊缝长度8%，采用返修工艺进行返修；裂纹长度大于焊缝长度8%时，所有带裂纹焊缝必须切除。焊缝在同一部位的返修不得超过一次，否则将全部焊缝切除。第五，为保证返修一次合格，返修工作要选择技术水平较高的、责任心强的焊工进行返修。完成返修工作后，焊缝余高不应低于母材，打磨圆滑过渡，去除渣皮、飞溅物等，清理干净焊缝表面。第六，返修时只有在环境温度≥-20℃，环境风速≤8m/s，环境湿度≤90%RH的条件下才能进行，如出现其中任一情况不符合要求，应采取可靠的防护措施，否则禁止进行返修。

3.焊接试验

（1）无损检测

根据SY/T4109—2005标准，返修焊缝进行X射线探伤，未发现缺陷，达到标准中Ⅱ级要求。

（2）力学性能试验

根据SY/T4103—2006《钢制管道焊接及验收》标准，并结合本工程设计文件的要求，对返修焊口试样进行了拉伸、弯曲试验、低温冲击、刻槽锤断试验。拉伸试验：取4块试样进行拉伸试验，试验结果如表5所示。试样抗拉强度数值较高，满足标准要求。弯曲试验：弯曲试样8块，进行侧弯试验。焊接接头没有出现裂纹，试验结果合格。低温冲击试验：低温冲击试验结果如表7所示。结果表明，焊缝中心是焊接接头低温冲击性能较低的部位，但是满足设计文件要求。刻槽锤断试验：刻槽试样长约230mm，宽25mm，用钢锯在试样两侧焊缝端面中心（以根焊道为准）锯槽，每个刻槽深度约为3mm。刻槽锤断试样断裂面完全熔合和焊透，无其他缺陷。

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2船体焊接工艺知识库

2．1船体焊接工艺知识要素分析

在船体生产制造中，焊接工艺必须根据相应的标准或规范进行严格的焊接工艺评定（WPQ），形成焊接工艺评定报告（PQR），其后，生成焊接工艺指导书（WPS），并且依据WPS制定焊接工艺规程，以保证产品的焊接质量和性能。船体焊接工艺设计中主要关注如下几个方面的问题：焊接方法的选择、焊接位置的选择、坡口形式的设计、加工步骤的安排和工艺成本分析等。船体焊接工艺设计中许多问题的可统计性差，影响因素多，因素与因素之间的相互联系难以明确表达。因此，解决这类问题要借助于经验知识，比较适合于选用工艺知识库。

2．2船体焊接工艺知识库组成

船体焊接工艺知识库包含6大类库：焊接工艺基础参数库、母材库、焊材库、焊接规范参数库、检验项目库、施焊要求库。其中：焊接工艺基础参数包括：焊接方法库、接头形式库、坡口信息库、设备信息库，母材库包括：种类及规格库、力学性能库。

2．3船体焊接工艺知识库信息模型

系统客户端依据系统功能，设计开发了不同的用户接口，满足不同工艺设计和管理人员的需求。系统服务端负责工艺数据的处理和工艺决策的推理。数据库服务器主要为焊接工艺设计系统提供信息的存储、查询和管理服务，积累基础焊接知识、推理规则和专家经验，是企业的重要信息资源之一。

3船体焊接工艺过程智能化应用工具包

基于知识库的快速化、智能化，实现了船体焊接工艺过程智能化应用工具包的系统设计。通过智能化应用工具包，根据焊接工艺设计的特点，可以选择产生式规则表示方法，作为船舶焊接工艺决策基础。选择产生式规则表示除了符合焊接工艺知识特点外，还具有易于扩展、易于进行一致性检查等实现方面的优势。根据对焊接工艺决策需求分析，在引入知识管理技术对焊接工艺知识库构建的基础上，焊接工艺设计系统可以建立焊接工艺决策过程。

3．1焊接工艺设计集成环境

作为用户建立产品结构的应用平台，是系统应用的重要前提，此模块将用以建立工艺评定数据、文档的存储线索，同时，也作为PDM与焊接工艺规程设计系统进行数据集成的接口模块，可以从PDM系统中得到产品数据，建立焊接工艺设计产品结构。

3．2焊接工艺指导工具

完成焊接工艺指导书（WPS）的编制、校对、审核、归档、浏览、打印等工作。焊接工艺指导为工艺人员提供一个方便实用的工艺设计环境和工具，将工艺人员从大量繁琐的工艺标准的选择、工艺资源的查找、工艺指导书的填写和工序图的绘制等工作中解放出来，减轻工艺人员的劳动强度，促进企业工艺设计的自动化、标准化和规范化。

3．3焊接工艺规划工具

焊接工艺规程，又称焊接细则，是指导焊工操作的详细工艺说明书，是以工艺评定为基础，以具体产品为服务对象的详尽焊接工艺。每当有新产品出现时，焊接工艺评定可能会有可替代的，但多数焊接工艺规程要重新编制，因此，企业内部积存了高于工艺评定1倍甚至几倍的焊接工艺规程，造成重复编制和遗漏等现象时有发生。

3．4焊接工艺评定工具

产品投产之前，必须对所采用的焊接工艺进行焊接工艺评定试验，验证合格后，方可用于产品的焊接生产。由于影响焊接性能和质量的工艺参数众多，每种重要参数的改变，如预热温度、热处理温度、焊接能量超出规定的范围，都要进行焊接工艺评定试验。因此，各船厂积累了大量的焊接工艺评定规则。

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2受热面鳍片切割工艺

现场采用手工氧乙炔切割的方法，反应的化学公式如下2C2H2+5O24CO2+2H2O（条件点燃）.首先应该保证切割工艺，尽量在地面完成，操作工在眼镜手套等保护措施齐全的情况下，正对切割拼缝，一手握在割刀一头，一手抓在割刀中间，便于细微控制割刀的移动，切割工艺的工序：预热—穿孔—引入线—引出线—熄火，现场切割厚度为6~8mm厚，选用1号割嘴，切割速度控制在550mm/min，乙炔压力大于0.03MPA，预热氧气压力控制在0.3~0.5MPa，切割氧气压力控制在0.7~0.8MPa[1]。首先将鳍片局部待切割处预热到燃烧温度（约1150℃），然后打开高压切割氧，使金属剧烈燃烧。燃烧后生成熔渣和热量，熔渣被切割高压氧气流吹走，而燃烧产生的热量和氧乙炔火焰的热量混在一起，将后面的金属预热到燃烧点，这一过程持续下去，就是火焰切割的原理。切割前用石膏笔划线，选用高纯氧乙炔，保持割嘴和待切割件垂直，会使成型精细。

3焊接热变形控制

切割完的拼缝在组合安装完成后，需要用沙磨耐心的打磨飞溅和氧化铁，然后焊接起来。在焊口位置，需要加密封块的地方，安装焊接时，采用分散跳焊，即每隔1根管子（也可以采用隔2根管子焊接1根的方法）安装焊接密封块，待焊接完毕后再安装它们之间的密封块，以防止焊接热变型。在焊接过程中，笔者采用以下方法来控制变形。

3.1横向变型的控制

1）控制鳍片与管子的间隙。焊口及其附近的鳍片镶嵌与管子的间隙大小是控制横向变形的重要前提，故间隙应尽量小，并满足90%的长度紧贴管子，局部间隙允许在1~2mm之间。

2）适当增加点固焊的长度，点焊密度必须严格控制。

3）采用分散焊接方法，控制局部焊接温度（不宜过高），减少焊接线能量，降低焊接应力；同一鳍片的焊接顺序采用交叉施焊法。

3.2纵向变形的控制

在管屏之间的连接处和焊口对接部分，由于焊缝相对集中易产生纵向弯曲变形。对口时对原水冷壁鳍片部位焊接时采用分段跳焊法，局部容易产生变形的部位利用钢架立柱及横梁，采用钢性固定约束，防止弯曲变形。固定的位置可根据施工过程中的实际变形量的大小来调整位置和增加加固板。在焊接过程中，设专人进行横向收缩变形和纵向弯曲变形的定期检查，发现问题及时改变焊接方法和工艺参数，如电流大小、焊接速度、分散焊接、暂停焊接等来纠正，确保水冷壁的焊接变形量在规程允许的范围内。

3.3辅助措施控制

在水冷壁等比较细密的管排拼缝焊接过程中，不论采用跳焊还是小电流都无法阻止焊接热变形时笔者采用下面仰焊时，在上面放上大块水泥墩子，在上面平焊时，下部用千斤顶顶住在现场，三种措施联合采用，取得了很好的防变型效果。

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1.1气孔

铝合金焊接时主要产生的气孔是氢气孔，而氢的来源有三：空气中的水分侵入熔池；保护氩气中含水分大；坡口及焊丝清理不干净。因此，解决气孔的主要措施是：

a）适当预热，降低熔池的冷却速度，有利于气体逸出；

b）制定合理的焊接工艺，采用短弧焊接；

c）提高氩气的纯度；

d）清除焊丝和母材坡口及其两侧的氧化膜、水、油等污物。

1.2裂纹

铝合金焊接中产生的裂纹主要是热裂纹，其中大部分是产生在焊缝中的结晶裂纹，有时在热影响区也出现液化裂纹。除了接头中拘束力的影响之外，结晶裂纹的产生主要是受铝合金化学成分和高温物理性能的影响。当焊接线能量过大时，在铝合金多层焊的焊缝中，或与熔合线毗连的热影响区，常会产生显微液化裂纹。防止裂纹的主要途径是：

a）选配合适的焊丝和尽可能优选母材成分；

b）正确选择焊接方法和工艺参数，宜采用功率大、加热集中的热源；

c）应避免不合理的工艺和装配所引起的应力增大，尽量将焊接应力降低到最小；

d）避免接头在高温下受力，人为地造成裂纹。

1.3焊接接头软化

铝合金管焊接后会产生明显的软化现象，其主要原因是由于焊缝和热影响区的组织与性能变化引起的。防止焊接接头软化的主要方法是：

a）采用加热迅速、热量集中的焊接方法，以减小接头的强度损失；

b）选择合适的焊丝。

1.4焊接接头的耐蚀性

铝合金接头耐蚀性降低的原因，主要与接头的组织不均匀、焊接缺陷、焊缝铸造组织和焊接应力等有关。采取的措施有：

a）选用高纯度的焊丝；

b）调整焊接工艺可以减小热影响区，并防止过热，同时应尽可能减少工艺性焊接缺陷；

c）碾压或锤击焊缝有利于提高焊接接头的耐蚀性；

d）减少焊接应力。

2焊接工艺

2.1焊接方法

通过以上分析和结合现场实际情况，确定焊接方法采用交流钨极氩弧焊。其优点是：具有阴极破碎作用；设备结构和线路简单，不易出现故障；TIG保护性好，电弧稳定、热量集中、焊缝成形美观、强度和塑性高、管材变形小；现场地面施焊，管材可以转动，以平焊位为主，操作容易；可形成较大的熔池，有益于气体逸出，故焊缝中气孔极少。

2.2焊前准备

2.2.1焊接设备与焊材的选用：采用交直钨极氩弧焊机WSE-315，焊材选用HS5356，直径5mm。

2.2.2清理铝合金管母和衬管都有包装，保护比较好，为了避免碰损和油污，在组装焊接时才拆除包装。现场使用坡口机开坡口，用丙酮擦拭坡口及其附近处，然后用铜丝刷清理管母坡口及其内外壁30mm范围、衬管和加强孔附近，之后再用丙酮擦拭，如图1所示。焊丝用化学方法进行清理。管母、衬管、焊丝的清理应根据焊接进度完成，不要一次清理过多，以免造成再次氧化和污染。

2.2.3组装对口制作焊接支架如图2所示，要求管母的轴心线重合，安装可转动胶轮可使管母免受损伤，且焊接位置一直处于水平位置便于焊工施焊，减小了操作难度，保证了焊接质量。衬管的加工要求见图3。制作对口卡具如图4所示，便于定位焊和焊接过程中转动管子时，使高温的焊缝不受外力而产生缺陷。

2.3焊接工艺参数

铝合金管母焊接电流与加热温度的选择尤为重要，如果焊接电流过大，熔池形成速度较快，容易造成烧穿、塌陷等缺陷；如果焊接电流过小，母材较难熔化，熔深浅，易产生气孔、未焊透和熔合不良等缺陷。可通过适当提高预热温度来补偿焊接区热源不足，使焊接顺利进行。具体焊接工艺参数见附表。焊接Φ110mm×4mm铝合金管母线时，焊接电流可适当减小，为160~170A，焊加强孔选择电流200~210A。

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2成形

根据卷筒体的内径d、筒节长度L以及壁厚δ等因素，可将其成形类型分为整体卷制、两个半圆压制、钢管代替等类型。

3下料

无论使用哪种成形方式，钢板的轧制方向必须与卷筒体的周向展开长方向相同，其毛坯尺寸根据图纸要求及成形类型来确定。当卷筒体采用两个半圆压制时，两侧需各留160mm左右的压头余量，板长等于压头余量与卷筒体的周向展开长之和；当卷筒体采用整体卷制时，卷筒体的周向展开长无需留压头余量，但需要减去理论延伸量。

4焊接工艺

4.1装配对接

卷筒体的环形对接坡口形式为双面U型或双面V型，使用机加工设备按照图纸加工出坡口。装配间隙按照图纸及工艺要求，装配直线错边量为b≤3mm，点焊方法为混合气体保护焊。清理焊接范围内的油污、锈、氧化皮等杂质，同时，纵向焊缝装点引弧板和收弧板。根据参数选择相应的预热温度，若工艺图纸有特别说明，按图纸要求执行。

4.2焊前准备

清理焊接范围内的油污、锈、氧化皮等杂质，同时，纵向焊缝装点引弧板和收弧板。根据参数选择相应的预热温度，若工艺图纸有特别说明，按图纸要求执行。

4.3焊接过程

筒体内侧焊接使用混合气体保护焊，焊材型号为ER50-6，保护气体成分为Ar（80%）+CO2（20%），筒体外侧清根后，盖面使用埋弧自动焊，焊材型号为H08MnA，焊剂为HJ431或SJ101。

4.3.1纵缝焊接

卷筒体内侧打底、填充和盖面使用混合气体保护焊，外侧清根后，填充使用混合气体保护焊，盖面使用埋弧自动焊。根据参数表3选择相应的预热温度，预热区域为对接坡口中心两侧各75mm范围。卷筒体纵缝的错边量b应满足b≤3mm。焊工应当具备相关产品的焊接资质证书，焊接过程严格按照相应安全规程执行。

4.3.2环缝焊接

卷筒体环缝的焊接方法、预热和纵缝的焊接要求相似。若卷筒体由钢板压制成型，则对接环缝的两相邻纵缝错开90°，若卷筒体由钢板卷制成型，则对接环缝的两相邻纵缝错开180°。卷筒体环缝的错边量b应满足b≤3mm。焊工应当具备相关产品的焊接资质证书，焊接过程严格按照相应安全规程执行。

4.4探伤检验及修复

4.4.1探伤检测

卷筒体的纵向与环向对接焊缝应当做相应的无损探伤检验。纵向对接焊缝要以焊缝总长的20%在卷筒体两端进行探伤检验，达到《起重机械无损检测钢焊缝超声检测》（JB/T10559）BⅠ级的要求。对卷筒体的环向对接焊缝进行100%的探伤检验，达到上述检测要求。

4.4.2缺陷修复与复探

经探伤检验后，若发现有气孔、夹渣、未焊透、裂纹等缺陷，需对缺陷进行修复与复探。具体步骤如下：

4.4.2.1缺陷去除

使用碳弧气刨刨出或者砂轮机将缺陷打磨，去除氧化皮、熔渣等杂质，将缺陷处打磨出金属光泽，并做MT检验，确保缺陷已彻底去除。

4.4.2.2焊接

待焊区域及其周边70mm范围内需要预热110℃左右，使用气体保护焊，焊材型号为ER50-6，采用多层多道焊接，确保层间温度小于250℃。

4.4.2.3修磨与复探

将焊缝打磨光滑过渡，按JB/T10559BⅠ级要求进行100%UT复探，再由检验员进行外观检查，确保施焊部位没有缺陷。

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2.埋弧焊接工艺的评定埋弧焊接工艺的具有四大优势：第一、在合理选择焊接参数的基础上，焊接时严格控制了线能量的强弱，这样做可以得到机械性能良好的焊接接头。新型的埋弧焊接工艺完全由机械操控，它一方面可以保证焊接质量，另一方面可以提高焊接效率；第二，由于不在使用碳弧气刨作业，也就减小了气刨噪声，在一定程度上减小了对焊接施工中的环境污染；第三，新工艺中不用采用STT焊接设备，减少了焊接工作中投入的人力与物力，在节约了焊材的基础上，优化了整个焊接工艺；第四，随着焊接参数的提高，焊丝熔覆率也得到了相对的提高，单层焊接厚度加大，缩短了焊缝焊接时间。

二、埋弧焊接工艺的优化与应用

1.消除横焊接咬边的机理横焊、立焊、仰焊中通常会出现焊缝咬边的现象，而平焊中却极少出现这种现象。熔焊金属与熔池扰动具与埋弧焊横焊中出现的咬边现象有着紧密的联系。熔池扰动程度通常要将熔滴流入熔池，经过合理扰动之后，凝固的表皮形成一种焊接的波纹反映。通过提高熔池的搅拌力度，可以不断提高熔池周围的液态温度，致使焊接熔池的温度场地达到平衡，这也就间接降低了表面张力，适当改变表面张力可以改善熔池周边金属咬边的情况。熔池周期性电弧力变化、表面张力和熔滴冲击力会产生相互作用，形成振荡，振荡可以使熔池溶液精确的流向焊趾处，与此同时，还可以增加母材和熔池的接触面积，这些方法从根本上解决由于焊速过快而导致的咬边现象。

2.整合公司的技术资源优势本公司长期在海洋石油工程的建设使用埋弧焊接工艺，对工艺的钢桩生产拥有熟练的技术和丰富的焊接经验。结合埋弧焊接熔深大、生产效率高的特点，在使用大电流的情况下，加大单位时间内的焊丝融化量，提升施工效益。如果手工焊接12mm厚的钢板时，一分钟只能焊接12cm左右，而使用埋弧焊接工艺则可以在一分钟焊接55cm左右。埋弧焊接速度大约是手工焊接的4倍。埋弧焊接在焊接过程中采用多丝带状电机，可以显著提高埋弧焊接生产的效率。在海洋石油开采过程中，整合公司所有的技术资源优势，在确保自动焊机良好运行和焊件、焊丝的质量合格的基础下，达到焊接质量优异和焊接外表美观的效果。

3.有效的结合管道自动气保和表面张力过度根焊技术在管道相对稳定的情况下，焊接车固定焊枪沿着轨道做管壁运动，按照标准的工序流程完成填充、盖面等自动焊接工作。这种全自动焊接流程优点就是可以较大减轻焊接工人的劳动强度，提高焊接的精准度。表面张力过度焊接根焊接是打底焊接的最佳方法之一，它以其柔和的电弧良好的完成管道焊接工作。波形控制技术STT半自动焊接机可以确保焊接过程的稳定以及焊接外表的美观，降低焊接中的飞溅，减少了焊接形成的烟雾。管道自动气保和表面张力过度根焊技术可以有效的解决传统焊接存在的钢管变形、板面烧穿和发热、焊工的劳动强度大等问题，它有效的结合管道自动气保和表面张力过度根焊技术，采用动态的控制焊接方法，极大的优化了埋弧焊接工艺。

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1.2制订1mm薄板钢板的自动焊焊接方案；研制出合格的焊接工艺评定。①加工薄板钢板试件。Q135厚度1mm钢板加工成600×100mm试件；∠30×3角铁加工成600mm试件。②焊接薄板钢板试件。将半自动CO1气体保护焊枪固定在半自动切割机上，调试二氧化碳焊机、半自动切割机；使用牌号为ER50-6，直径分别为准0.8、准1.0、准1.1三种规格的焊丝进行施焊试验，确定合适的焊接参数见表1。③焊接工艺措施。1）焊接时焊接位置采用平角焊（横焊），焊枪调整角度为45°施焊。1）引弧前首先按焊枪上的控制开关，点动送出一段焊丝，焊丝伸出长度小为11-15mm，超长部分应剪去。若焊丝端部出现球状时，必须先剪去，否则引弧困难。3）引弧时，将焊机置于自锁状态，再将焊枪放在引弧处，保持45°倾角和喷嘴高度，然后按焊枪上的控制开关，焊机自动提前送气，延时接通电源，保持高电压、慢送丝，当焊丝碰撞工件短路后，自动引燃电弧。4）引燃电弧后，焊接过程中，焊工应根据熔池的形状、飞溅的大小、电弧的稳定性和焊缝成形的好坏，判断焊接工艺参数是否合适。若焊接过程中，熔池平稳，飞溅较小，电弧稳定。同时，可观察到周期性的短路，听到均匀的周期性的啪啪声，而且焊缝成形较好，说明参数合适。否则应调整焊接工艺参数。5）收弧时，先停车后断弧保证填满弧坑，应让焊枪在弧坑处停留几秒钟，以保证熔池凝固时得到可靠的保护。

1.3对焊接试件进行加工取样。对分别采用三种规格焊丝施焊的焊接试件进行焊缝外观检查、无损检测、宏观金相检验等，试验及合格标准执行GB118，根据试验数据出具焊接试验报告。

1.4对分析结果进行汇总，确定焊接工艺的可行性。对三组焊接试验数据进行综合，分析焊缝外观记录、焊缝缝表面无损检测记录及焊缝金相试验报告，最后确定可行焊接工艺

二、培训CO1气体保护自动焊焊工

依据优化的焊接工艺，对施工现场风管焊接的施焊焊工进行培训，使其能熟练掌握本项操作技能，保证焊接质量。

三、薄板风管自动焊焊接工艺在产品中试用的操作要点

①施焊时技术措施：焊接时焊枪为不摆动；喷嘴直径准10mm；焊丝伸出长度11-15mm：熔滴过渡形式为短路过渡。②施工现场每个施焊工位要有防风措施，以保证CO1保护气体的稳定。③为防止焊枪导电嘴和喷嘴粘着飞溅物，焊前应在导电嘴和气体喷嘴表面涂以硅油或其它防飞溅剂。④焊前检查焊接电源，送丝机、控制器、指示仪表和焊枪等是否正常。如出现异常现象，应及时通知有关部门检修，以保证焊接过程的稳定性。

四、薄板风管自动焊焊接工艺的优点

薄板风管自动焊焊接工艺相对于传统的薄板风管手工焊接而言，具有以下优点：①解决焊接时极易出现烧穿、变形等焊接缺陷，有利于对进度、质量控制。②变手工操作为自动施工，减轻劳动强度，提高工效。③节约焊接材料，减少焊接接头焊材消耗，从而节省施工费用。④随着焊接线能量减小，焊接变形量也减小，使薄板风管施工过程中受力均匀，提高安装精度。⑤施工不受场地限制，操作简单，方法实用。⑥与传统风管制造相比，采用薄板风管自动焊焊接工艺风管的生产效率提高了1倍。

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前言

随着科学技术的发展，大型重要构件的焊接越来越多，仅仅依靠手工焊接难于满足焊接质量和焊接效率的要求，焊接自动化将成为焊接技术发展的必然趋势。在此介绍新型爬行式弧焊机器人的焊接工艺问题，其目的是为了实现大型构件的全位置自动化焊接。

该系统对国内外现有的焊接设备和方法来说是全新的，所以在整个设计、完善和试验过程中不可避免的遇到了很多问题和困难，在此就焊接试验过程中所遇到的问题和采取的解决办法做一说明。

一、爬行式弧焊机器人系统

爬行式弧焊机器人系统的构成主要由永磁履带爬行机构、激光图像传感系统、信息处理及跟踪控制系统所组成。爬行机构是机器人的运动动力系统；图像传感与信息处理系统构成焊接识别系统，以识别焊缝，与跟踪控制系统一起组成焊缝跟踪系统，以实现运动中的焊缝跟踪和焊接。

在十字滑块的上滑块上固定有螺丝可调节钢臂，其平行于机器人车体，用以焊枪的对准调节。前端为摆动器，其上可夹持焊枪，用以完成焊接过程焊枪的摆动，参数可调。

为了保证焊接电流在试验过程中稳定可靠，以使焊接试验能够较准确地反映该套系统用于焊缝跟踪焊接的实际效果，焊接用电源和送丝机构选用芬兰KEMPPI公司生产的KEMPPIPR0500，它的焊接模式、焊接脉冲、电流、电压等多项焊接参数均可随时手动调整，在焊接过程中并能根据已有参数自动稳定焊接电流、电压。

二、焊接工艺与试验

采用该系统我们做了两种位置的焊接试验，分别为立焊和横焊（大型构件主要的焊接位置分为立焊和横焊，针对这两种焊接位置来进行试验研究。）在实际手工焊接的过程中!这两种位置的焊接所采用的焊接方法有很大差异，工艺方法也就有很大不同。

1．试验材料

为符合在工业生产中的造船、制罐等实际用材情况，选用普通碳钢焊丝选用直径1.2mm镀膜焊丝。

2．焊接工艺

（1）焊接方法

采用氩气、CO2混合气体保护MIG脉冲焊；背面使用陶瓷衬垫；单面焊双面成形工艺&盖面根据焊接位置为立焊一道、横焊多道成形。

（2）焊接坡口

a.立焊。坡口选用“V”型坡口，具体坡口形式及尺寸如图2所示。焊前坡口及周围20mm范围内清除水、油、锈等，露出金属光泽，以保证激光图像传感系统对焊缝的顺利识别。

b.横焊。坡口选用不对称"v"型坡口，具体坡口形式及尺寸。焊前需处理坡口表面。

（3）工艺规范

在试验过程中，除对焊机参数的整定和正确调节外，焊枪位置、焊枪的摆动、焊接速度对焊接质量、焊缝成形都有很大的影响。因为这些量依靠手调、特别是焊枪位置、焊枪摆动，在实际操作中不便于测量，调节难度较大。

a.焊枪位置包括焊枪头与工件位置、焊丝与坡口位置（要考虑摆动幅度的影响。

b.焊枪摆动由调节摆动器来实现，主要参数有摆动速度%左中右3个位置的停留时间。

c.焊接速度um为焊前设定值，焊接过程中可调。

d.焊前对焊机电压补尝进行整定，整定值2.6V作为焊机内设参量。常用调节量有送丝速度us、焊接电压U和脉冲幅值。

（4）焊接各项参数

a.立焊

立焊打底时焊枪垂直于工件mm左右上方，加摆后焊丝靠两边坡口1～2mm，第二道盖面，焊枪垂直上调5～8mm，摆动幅度适当调大。

b.横焊

横焊打底时焊枪微向下扎，使焊丝在加有摆动时不至太靠下边坡口，焊枪顺焊接方向向下斜摆，大约与水平成75°～80°；盖面三道成形，均不加摆动，且每次要根据上道次焊接的效果和位置从新调整焊枪姿态第一道盖面枪头略向下扎，二道时较平，末道枪头略向上抑。

三、试验结果

a.在早期试验中，电流、电压值与焊速的匹配总不令人满意。采用的MIG脉冲焊，其宜于用较小的平均电流进行焊接，特点是熔池体积小，不易淌流，且在脉冲峰值电流作用下，熔滴的轴向性好，故比起普通氩弧焊更有利于焊缝成形，在全位置焊中有很好的效果。试验中早期打底焊焊速一般在8cm/min以上，相应电流值也较高，在95～105A之间，焊接过程不太稳定，背面成形有时也不理想。究其原因，在于脉冲幅值的影响，脉冲电流使熔滴呈喷射过渡，在较大脉冲电流下较小的电压易造成大飞溅、淌流，而大电压表面成形也不理想。我们在试验中不断摸索，后在稳定幅值的前提下适当减小电流、电压并且降低焊速，这样在横向和垂直位置的焊接过程中，充分发挥出了脉冲焊工艺在全位置焊上的优点，焊接过程稳定，飞溅小，两面成形都很理想。立焊焊前加衬垫样板、立焊背面成形、打底和盖面成形样例。

b.手工焊盖面横焊工艺采用的是加摆停留的方法，由于人工操作的灵活性，焊接过程中摆动频率、幅度和停留时间均可实时改变，故一般宽度的盖面焊可一次成形。由于该机器人缺乏人的灵活性，我们通过模仿人工的盖面过程横焊，采用高焊速加快速摆动或不加摆动多道成形的横焊盖面方法。这样就避免了横焊盖面淌流的发生，也取得了不错的效果。打底焊、盖面第一道、第二道、最后盖面成形。

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一、传统教学方法的弊端

我国工商管理学科的教学多年来一直沿用传统的教学方法，即上课时，教师“填鸭式”的满堂灌，学生则像“打字机”一样不停地记笔记；期末时，学生“临时抱佛脚”似地狠命背笔记，然后参加考试。每门课的成绩90%左右由期末考试的卷面而定。然而这种传统教学方法培养出来的学生，其综合素质、能力较差，不适应社会的需要。其主要弊端在于：

1、学生学习缺乏积极性和主动性。由于教师上课满堂灌，没有给学生留下自己思考的时间和余地，造成学生学习被动，课前不预习，课后也不看教材和其他相关资料。另外，教师“咀嚼式”的教学，理论与实际的脱节，使学生觉得学习空洞乏味，没有兴趣，也就谈不上学习的积极性了。

2、不利于学生创造性思维的培养。传统的教学方法基本上都是研究如何将现有的知识更多地传授给学生，所以上课时学生只是被动的听、记，对内容理解少，提不出问题；即使有个别学生在听课中提出问题，教师也不解惑释疑，反而认为学生扰乱课堂秩序，使学生的思维空间得不到拓展。

3、学生学习目的错位。受传统教学方法的影响，有些学生学习不是为了吸收更多的知识和技能，今后好服务于社会、服务于人民，而是为了应付期末的考试，因为每门课的最终成绩主要取决于期末考试。所以个别学生上课不听课，下课不看书，期末时抄人家的笔记，下功夫强行记忆，“热炒热卖”还会考个好成绩，但实际上什么也没学到。

为了克服传统教学方法的上述弊端给教学质量和教学效果带来的负面影响，真正培养出一大批既有一定理论知识，又有较强动手能力的工商管理人才，在教学中使用互动式教学法不失为一种好的选择。

二、互动式教学法的特点

互动式教学法强调教师与学生之间、学生与学生之间的相互联系、相互影响。教师作为教学过程的规划者、组织者，给学生提供问题和资料，引导学生积极参与、反应和创造，在学生已有知识的基础上运用观察、调查等方法获取信息，师生间再通过讨论、辩论、角色扮演、案例分析等方式表述、交流观点与认识，使学生逐渐养成独立思考的习惯与能力，从而激发学生的学习兴趣，促进他们主动学习，真正成为学习的主体。互动式教学法具有以下特点：

1、教师与学生都是主体。传统的教学方法是以教师为中心把知识灌输给学生，学生被动的接受。而教学过程是双主体互动的过程，只有教与学的双向互动，才能取得好的教学效果。互动式教学法让学生参与到教学中，教师以自身的教学方式影响学生，激起学生的学习兴趣，而学生的学习兴趣和激情又影响教师的情绪，调动了教师的教学热情，有利于教师更好地施教，从而收到较好的教学效果。

2、以问题为中心，全面激发学生灵感，提高学生的综合素质。传统的教学方法基本上都是研究如何让学生接受更多的知识，忽视了学生创造性思维能力的培养。互动式教学法注重培养学生的创造性思维，课堂上教师的任务是启发、设疑，鼓励学生独立思考，大胆质疑，大胆提问，大胆发言，对学生提出的正确观点给予分析、引导，增强学生在讨论中的自信心。同时，在讨论中师生之间得以互相启发，形成良好的交流氛围，优化了课堂效果。

3、互动式教学法营造了良好的互动环境。传统教学方法不注重课堂情景设置，因而学生的个性不能得以充分发挥。互动式教学法注重把课堂教学形象、生动化，给学生创造一个互动的空间，让学生成为课堂角色的扮演者，在互动中交流、学习、提高。

三、互动式教学法的实施

1、精心设计预习提纲，引导学生自学。国外学者普遍的观点是：“所有的人，真正的学习都是主动的，不是被动的，他需要运用头脑，不仅仅要靠记忆，它是一个发现的过程，学生要承担主要的角色。”美国教育心理学家布鲁那认为，“教学是种临时的状态，其目的是为了不教，是为了让学生学会学习，逐步具备独立思考、探索发现和自我矫正的能力。”为了使学生在教学中充分发挥学习的主动性和积极性，教师可以根据课程的内容需要，在了解学生整体水平和个体差异的基础上，精心设计预习提纲，设计的问题要使学生有质疑、释疑的思维过程，让学生带着问题与好奇去阅读课本，查阅大量相关资料。如在讲《生产运作管理》这门课中“企业厂址选择”这一章之前，提出的问题有：企业选择厂址为什么要慎之又慎？选择厂址要对哪些方面进行分析？如何进行厂址选择？这样一设计就可以引导学生进行积极思维了。

2、创设环境氛围，组织课堂讨论，激发学生学习兴趣。教师应采取各种教学手段，运用一切可能的教学条件，创设教学所需要的情境，引导学生参与到情境中去，使他们积极活动起来，调动其学习上的自觉性和主动性。一是教师在教学中必须全身心投入，善用丰富的感情语言，巧妙的动作、神情去影响学生，时刻关注学生的情绪，控制教学进程，使学生注意力集中在互动点上；二是在讨论过程中要更多地使用鼓励、导向性的语言，营造师生平等、民主和谐的教学环境，消除师生间的心理隔膜，让学生在互动中得到启发，获得知识；三是教师要根据具体的课程和教学内容，创设恰当的互动氛围。如讲《人力资源管理》这门课中“员工招聘与录用”这一章时，就可以设置一个小型招聘会，进行招聘面试，让学生充当应聘者和主考人，站在不同的角度去思考问题。

3、教师总结，点拨释疑，促进知识升华。在学生自学、讨论后，教师要进行总结。总结不是对学生讨论作简单的综合和复述，而是对学生讨论中存在的问题点拨释疑，进而实现知识的升华。因为学生讨论是不受限制的，所以结论总是五花八门，有正确的，有接近正确的，有错误的，有根本不理解的，对同一个问题或案例，他们常常会得出各种各样的讨论结果，并期待教师能给出正确的答案。此时教师的解答是解惑释疑的，没有这个过程学生将会陷入知识的困境。

四、互动式教学中应注意的问题

1、教师自身素质的提高是实施互动式教学法的关键。工商管理课程要按照教材泛泛地讲解，并不是很难的事情，但要提高教学效果，变单向灌输为双向交流，用互动式教学法还是有一定的难度。教师必须要有渊博的知识，较强的思维能力、创新能力、想象力和驾驭课堂的能力。这就要求教师不仅做到认真备课、授课，而且要把重点、难点、知识点找准、吃透，还要根据课程内容设计出各具特色的课堂教学方式，如有的进行课堂问题讨论或辩论、有的进行案例分析、有的进行情景模拟等。课下教师还要有意识地与学生交流沟通。

2、作好充分的课前准备是提高教学质量的基础。教师要做好课前动员，明确授课方式，对授课内容，特别是具有互动性的内容要拟定较详细的提纲，进行提问、讨论，启发的问题要难易适度，时间安排要有计划性。课前要多征求学生的意见和建议，使学生有充分的心理准备和知识储备。

3、课中教师有效地引导启发是实现教学目标的途径。在课堂教学过程中，教师要利用各种教学条件，采取有效的教学方法，启发学生积极思维，鼓动学生踊跃发言。如讲一个小故事、放一段录像短片、一连串的问题、一些承上启下的语言等。

参考文献：

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1 焊前准备

1.1 罐体结构简介

储罐主要由内罐、外罐、保冷层、平台梯子等组成，结构形式为内罐吊顶、外罐拱顶的双壁单容罐，内罐存储LNG，外罐仅用来承装保冷材料和闪蒸气体。内罐罐体材料为06Ni9低碳调质钢，由底板及顶板及9带壁板组成，其中底板δ=5mm、δ=10mm，壁板δ=7、8、10mm，加强圈δ=5、6mm。

1.2 材料

（1）母材的要求：所采用的材料，应符合设计文件的规定。材料必须具有制造厂的质量证明书，其质量不得低于国家现行标准的规定。材料使用前，应按相关国家现行标准的规定进行检查和验收。06Ni9板供货状态：淬火加回火，基体组织为回火马氏体加奥氏体组织。

（2）焊材的要求：焊条应符合现行国家标准《镍及镍合金焊条》GB/T 13814的规定。焊条应具备出厂合格证及材质证明书，无破损、发霉、油污、锈蚀、偏心现象。焊材的选用：06Ni9焊接焊条选用：E NiCrMo-6。

（3）焊材的管理：存放焊材库房规定：

①应干燥通风，库房内不得存放腐蚀性介质，焊材存放应距离地面和墙面至少300mm，库内温度应不低于5℃，湿度应不大于60%；

②焊接材料应做好标识，分区存放，分类管理；

③焊条使用前应按照焊条说明书的要求烘干，烘干后的焊条应保持在100-150℃的恒温箱中，随用随取。施工单位应设专人进行保管、烘干、发放与回收，并有详细的记录台帐。焊条烘干应做记录，记录上应有焊条牌号、批号、烘干温度和时间；焊条发放应做记录，记录中应有领用焊工姓名和使用部位。

④焊条领出后应在保温筒内存放，并在4h内用完。退库焊条应重新烘干，重复烘干次数见下表。当天未用完的焊条应回收存放，重新烘干后首先使用，焊条烘干参数见表1。

⑤施工现场的焊接材料贮存场所及烘干、去污设施，应符合国家现行标准《焊接材料质量管理规程》JB3223的规定（如表1所示）。

1.3 焊接设备

焊接设备的选择交流焊机BX-500。

1.4 施焊环境规定

（1）焊接的环境温度应能保证焊件焊接所需的足够温度和焊工技能不受影响。要求不低于0℃

（2）焊接时的风速规定：手工电弧焊：8m/s；

（3）焊接电弧l m范围内的相对湿度应符合下列规定：不得大于90%。

（4）当焊件表面潮湿、覆盖有冰雪，或在下雨、下雪刮风期间，焊工及焊件无保护措施时，不应进行焊接。

2 焊接工艺

2.1 焊接方法

镍合金06Ni9采用焊条手工电弧焊.

2.2 坡口加工方法及要求

（1）06Ni9板到货钢板尺寸为双定尺板，坡口加工：切割用等离子切割后用刨床加工坡口。清理焊道采用不锈钢磨光片。

（2）坡口加工后应清理其加工表面。焊件组对前，应对坡口两侧各50 mm范围内进行清理。油污可用蒸汽脱脂，对不溶于脱脂剂的漆和其他杂物，可用氯甲烷、碱等清洗剂清洗，标记墨水可用甲醇清除，被压入焊件表面的杂物可用磨削、喷丸或10%盐酸溶液清洗。并用水冲净，干燥后方能焊接。

（3）坡口加工型式见焊接工艺卡（附后表）

2.3 定位焊

（1）焊接定位焊缝长度宜为10～15mm，高度宜为2～4mm，且不应超过壁厚的2/3。

（2）定位焊缝应能保证焊透和融合良好，且不得有气孔夹杂缺陷。

2.4 施焊通用规定要求

（1）焊条电弧焊应采用后退起弧法，收弧时应将弧坑填满。多层焊的层间接头温度应错开30-50mm。

（2）焊件表面不得有电弧擦伤。不得在焊件表面引弧，熄弧。

（3）双面焊的对接接头在背面焊接前应清根，低温钢焊接接头宜采用机械打磨法。

（4）低温钢焊接过程应控制下线能量，并在施工技术文件规定的范围内选用较小的焊接线能量。焊条电弧焊时，可用每根焊条焊接的焊缝长度控制线能量，层间温度≯100℃。

（5）焊条直径不应大于工艺评定试件采用的焊条直径，焊接接头单层厚度应不大于工艺评定试件单层厚度。

2.5 焊接工艺措施

2.5.1 内罐06Ni9壁板的焊接：

（1）所有焊缝焊接过程中严格控制单根焊条焊道长度，控制单位焊缝长度焊条使用量，避免清渣过程对层间焊道的磨削量。

（2）焊接过程中严格控制层间温度不超过60℃。

（3）卡具焊接按3.4.1.7条执行，卡具的摘除宜使用角磨机磨除，使用氧乙炔火焰切割时不得贴主材板表面切割，应沿卡具侧切割，割后残留焊缝须使用磨光机磨平，严禁使用火焰切割。

①壁板焊接时应先焊完相邻两圈壁板的纵向焊接接头后，再焊该两圈壁板间的环向焊接缝。纵焊缝宜采用分段退焊法。

②采用间隙片控制焊缝间隙，焊缝间隙的大小按照设计规定。环焊缝装配完毕后，应由数名焊工均匀分布，向同一方向施焊，且采用分段退焊的方法进行焊接，以减少焊接变形。

2.5.2 内罐壁板焊接工艺参数具体见焊接工艺卡（见表2、表3）。

操作技术要求：

1、环境温度低于0℃，要求预热。雪天气应设有焊接遮挡措施；

2、坡口加工采用等离子切割，并用砂轮清理加工面。坡口加工后应进行外观检查，坡口表面不得有裂纹、分层等缺陷；

3、焊接前清理：先将焊件坡口、内外坡口面及两侧范围应不小于25mm的油污、锈清除干净，再用火焰烤除水份。

4、根焊必须一次焊完，中间不得停留，焊道层间温度小于600；

5、焊接收弧时应填满弧坑，避免弧坑裂纹的发生，收弧时将弧坑填满。不得有裂纹、缩孔等。

6、采用多层多道焊，线能量：小于13KJ/cm，短弧焊接。

操作技术要求：

1、环境温度低于0℃，要求预热。雪天气应设有焊接遮挡措施；

2、坡口加工采用等离子切割，并用砂轮清理加工面。坡口加工后应进行外观检查，坡口表面不得有裂纹、分层等缺陷；

3、焊接前清理：先将焊件坡口、内外坡口面及两侧范围应不小于25mm的油污、锈清除干净，再用火焰烤除水份。

4、根焊必须一次焊完，中间不得停留，焊道层间温度小于600；

5、焊接收弧时应填满弧坑，避免弧坑裂纹的发生，收弧时将弧坑填满。不得有裂纹、缩孔等。

6、采用多层多道焊，线能量：小于13KJ/cm，短弧焊接。

参考文献

[1] 立式圆筒型低温储罐施工技术规程.SH/ T3537-2009

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[中图分类号] G434 [文献标识码] A 文章编号：1671-0037（2015）08-80-6

Analysis of the Hot Spot and Research Trend of the Material Engineering Discipline based on the Common Word Knowledge Map

Zhang Xuezhao1，2

（1.Library of Henan University of Science and Technology， Luoyang Henan 471023; 2. Libraryof Zhoukou science and technology Career Academy， Zhoukou Henan 466000）

Abstract：In this paper， the latest scientific metrology technology―knowledge map is applied to the material engineeringdiscipline in our country. Through taking the two disciplines （Materials Science and Welding） as the research objects， a total common word knowledge mapsof thetwo disciplines were constructed， tohighlight the research hotspot， research trends and development of thetwo disciplines.

Keywords：knowledge map; commonword analysis; welding; Materials Science

1 研究内容

将材料学和焊接学两门学科作为研究对象，以CSCD国内权威数据库的作为数据源，采用计量学中的共词分析方法，对1989～2013年材料学、焊接学等学科文献的关键词进行统计，并利用聚类分析、因子分析、多维尺度分析以及社会网络分析等方法和相关软件，构建这两门学科的关键词词频分布表、类团关系图等，通过对所构建的两个学科的共词知识图谱进行详细比较对比，分析两门学科的当前研究热点、研究趋势及前景。

2 研究方法及过程

2.1 数据来源

本文采用的数据来源于《中文社会科学引文索引》检索系统。本文选取CSSCI1989～2013年收录的期刊----钢铁研究学报和复合材料学报、电焊机和焊接技术做样本，套录该期刊文献的所有题录信息。具体方法：打开CSSCI检索界面，收录年限选定为1989～2013，在[来源文献]检索界面的[期刊名称]中分别输入“钢铁研究学报、复合材料学报和电焊机、焊接技术”期刊刊名，[匹配]限定为“精确”，同时[每屏显示]设定为50条，套录这些期刊在这一时期内文献的题录信息，然后将得到的数据分别整理后，分别得出在这一时期内材料学和焊接学题录数据库。然后通过利用C#自编的计算机程序，按照频次由高到低排列，得到一个材料学和焊接学的关键词排名，频次总数分别是16 057个和21 622个。

2.2 数据处理说明

从两个学科关键词排序中分别截取一定频次的关键词，其中材料学关键词截取词频大于22次、焊接学关键词截取词频大于50次，由此，得出了两个学科的99个和102个高频关键词。再将这些类似性质的关键词进行归整，从而分别确定了两个学科的80个和63个高频关键词表，将这两个关键词表（见表1-1、表1-2）作为共词分析我国材料工程学科的基础。

2.3 构造关键词共词矩阵

2.3.1 构造原始共词矩阵

由于以上两个学科选定的关键词是材料工程学科论文中出现频率最高的词，它们代表了当前我国材料工程学科的研究热点。为了能进一步更好地反映这些关键词之间的关系，本论文对这些高频关键词作如下处理：在已建立的题录数据库中，利用自编的计算机程序分别对两个学科确定的80个和63个高频关键词两两进行共词检索，经过统计分析，得到了一个80×80的共词矩阵（部分数据见表1-3）和一个63×63的共词矩阵（部分数据见表1-4）。

以上两个表格中的共词矩阵是一个相关、对称矩阵，对角线上的数据为该词出现的频次，主对角线单元格的数据为两个关键词共同出现的频次。

2.3.2 构造相关矩阵

本文在对两个学科的原始矩阵进行包容处理时采取Salton指数法，处理数据部分结果见表1-5和表1-6，Salton指数法的计算公式为[3]：S=Nij/（Ni×Nj）1/2（3-1）。其中，Ni，Nj分别表示关键词i和j的频次，Nij表示关键词i和j共现的频次。

以上两个表格相关矩阵中的数字为相似数据，数字的大小表明了相应两个关键词之间的距离远近，数值越大则表明关键词之间的距离越近，相似度越好;反之，数值越小则表明关键词之间的距离越远，相似度越差。

2.3.3 构造相异矩阵

由于相关矩阵中的‘0’值过多，统计时容易造成误差过大，为了方便进一步处理，两个学科相异矩阵的部分数据详见表1-7和表1-8。

以上两个表格相异矩阵中的数据，正好与相关矩阵相反，数值越大则表明关键词之间的距越远，相似度越差;反之，数值越小则表明关键词之间的距离越近，相似度越好。

2.4 聚类方法与聚类图

具体方法：在SPSS17.0软件界面中输入要分析的相异矩阵，然后选择[分析]――[分类]――[系统聚类]进行聚类分析。聚类方法选择组间距离法;度量标准--区间选择共词聚类分析中最常用的欧氏距离（Euclideandistance）。

3.5 构建类团关系图

类团关系图主要用连线的粗细来明确类团间的关系强弱，类团间的关系强弱以连线的粗细来表示，两个类团之间的连接线就越粗，说明他们之间的关系的关系越强，反之则亦然[4]。具体方法是首先计算出各个类团的内部联系强度与其外部联系强度，然后利用先进的社会网络分析软件pajek绘制出两个学科的类团关系图。通过对两学科类团的形成、演化、新增及消失的过程研究，动态地揭示我国材料工程学科的研究的现状、热点及发展。

3 研究结果与分析

3.1总体状况描述

材料学科（以钢铁研究学报和复合材料学报为代表）从1983年到2013年共有9 302篇论文，每种期刊年均155.03篇，平均每篇论文的关键词数为1.73个。经过规整、缩减后，这一阶段频次不小于22次的高频词共80个，其中，复合材料、力学性能、显微组织、有限元分析、层合板、数值模拟等出现200次以上，说明网络环境下以复合材料为核心的材料性能分析是这一阶段的研究热点，具体分析内容主要体现在材料的力学性能分析、有限元分析、数值模拟分析等方面。

焊接学科（以电焊机和焊接技术为代表）从1984年到2013年共有11 778篇论文，每种期刊年均196.3篇，平均每篇论文的关键词为1.84个。这一学科（焊接学科）论文总数与材料学科相比基本持平，但是篇均关键词数却略有上升。经过规整、缩减后，这一阶段频次不小于50次的高频词共63个，与材料学科相比，焊接工艺以2 368次居于首位，焊机、焊缝、焊接电源、焊接控制、焊接质量、焊接电流、电焊、埋弧焊、焊条等是出现200次上的高频词，可见，在该学科目前的主要研究热点是焊接设备、焊接工艺、焊接工业参数等方面。这些方面的研究直接决定或影响到焊接质量和焊接效果，这也与生产实际紧密结合，充分体现了这一学科的实践性。

3.2 研究主题的异同

从材料学科形成的聚类图可以看出，我国材料学科的主要热点研究领域、研究主题、研究热点可以总结为以下几个方面：

3.1.1 材料工艺、参数研究

这方面的研究是我国材料学科研究领域研究成果最丰硕的部分之一。该类团群主要包括“材料热处理类团”“材料工艺性能研究类团”两个类团。在该阶段，从关键词聚类分析结果来看，随着有计算机技术、数据/值模拟仿真技术及材料热处理技术的发展。材料学科研究动态主要表现在以下两个方面：第一，材料分析、材料加工更加精准化。第二，材料热处理参数、方法始终是材料学科发展的重点。

3.1.2 工程材料研究

工程材料研究始终是材料学科研究的主要方向。工程材料类团群主要包括金属材料类团、非金属材料类团、复合材料类团。金属材料类团一直是材料学科发展的主流，各种有色金属它们是现代各种机器零部件的生力军，它们为材料学科的发展奠定了基础。复合材料类团的研究是材料学科发展的延续和补充。在现当代化生产中，随着对材料性能需求的日益提高，单纯的金属材料性能已经不能满足各类机器零部件的使用要求，为此复合材料的研究被材料学家们纳入了研究领域，并且自从复合材料进入研究领域开始，到现在，乃至未来，复合材料的研究都将经久不衰，这一点从关键词词频分布都可以看出：复合材料出现的频次排列第一、层合板、金属基复合材料、高温合金、陶瓷基复合材料、复合材料结构等关键词的都属于这一类团，并且频次分布也很靠前。

3.1.3 材料性能缺陷研究

材料性能缺陷研究也是我国材料学科乃至全世界材料学科研究的主题。这一研究类团群主要包括材料加工方法类团和材料缺陷类团。材料缺陷类团包含的关键词主要有：疲劳、裂纹、磨损、断裂、夹杂物等，这些关键词频次的分布在本研究统计中占有相当的比重，由此可以看出怎样预防材料的各种缺陷，提高材料的加工及使用性能，至关重要。紧接着引出了材料学家们所关注的材料的加工类团（转炉、电弧炉、热轧、冷轧、轧制等）。虽然这一类团群的关注度不如工程材料研究，也不如材料工艺参数的研究。但是无论从各种工程材料来说，还是从各种材料的工艺参数研究来说其目的都是怎样去避免材料的各种缺陷，从而提高和改善材料的加工性能、使用性能，达到人们生产加工的目的。

从焊接学科的聚类图可以看出，我国焊接学科的主要热点研究领域、研究主题、研究热点可以总结为以下几个研究方向：

3.1.3.1 焊接工艺参数研究。同材料学科一样，焊接学科的焊接接工艺参数研究是本学科的研究主题和重点。在这一类团群中焊接工艺这一关键词在频次表中出现的次数达到了2 368次，可见在焊接学科中，工艺参数研究所站的比重和地位。焊接工艺规范、焊接工艺参数、焊接手法等方面是这一类团研究的主题，而这一研究主题随着焊接设备和焊接方法的不同焊接工艺亦有不同。

3.1.3.2 焊接类型方法研究。这一类团是一个大面类团，焊接类型和方法直接决定或影响焊接工艺、决定了焊接设备、焊接工具的选择。这一类团的关键词主要有：手工电弧焊、堆焊、焊接方法、激光焊接、搅拌摩擦焊、点焊、埋弧焊、钎焊、氩弧焊、气体保护焊等。随着焊接技术的发展及焊接质量要求的提高，该类团正朝着自动焊接、机器人焊接等自动化方向发展。

3.1.3.3 焊接工程、工具、材料研究。焊接工程、工具、材料这一类团群涉及焊接材料、焊接环境、焊接设备工具，从而间接地决定焊接方法的选择、焊接工艺流程。这一研究类团，从各种焊接对象材料（管道、铝合金、不锈钢、奥氏体不锈钢等）说起，涉及了焊接结构、焊接工程、工程建设及焊接应用。分析了焊条、药芯焊丝的使用环境、使用方法等。这一主题类团的研究，是该学科研究的基础，研究主题关键词虽然词频分布没有排在前列，但关键词词频分布的范围广。未来该主题的研究将朝着细化焊接工具方向，具体可能以焊接工具研究所形式出现。

3.1.3.4 焊接质量控制研究。这一类团的研究主题是焊接学科研究的目的所在。不管焊接工艺如何合理、焊接方法如何选择、焊机及焊接工具的选择的多么具有针对性，其最终目的是获得优质的焊接质量。在这一研究主题中，分析了各种焊接缺陷（裂纹、缺陷、变形等）各作者、学者提出了如何规避焊接缺陷的各种方法、技巧。目前这一研究主题随着焊接材料的多样化，生产要求的提高而日益严峻，机器人技术、自动焊技术的发展对焊接质量的提高起着决定性的作用，但其普及应用任重而道远。

4 类团关系分析

确定了材料学科、焊接学科类团后，就可以研究各学科类团间的相互关系，找出哪些类团是核心类团，它与其他类团之间联系密切;哪些类团是非核心类团，它与其他类团之间联系疏松;哪些类团与其他任何类团都没有任何关系，属于相对独立类团。为此，笔者根据各类团之间的内、外相互关系，利用pajek软件绘制出了既能反映自身类团的内部联系强度又能反映这个类团与其他类团的外部联系强度的类团关系图（如图1-1、图1-2所示）。在图中，类团的内部联系强弱用节点的大小来表示，节点越大，表明该类团的内部联系强度越小，反之，则相反;节点连线的颜色深浅和连线的粗细程度和表示两节点间的外部联系强度，两节点间连线颜色越深、连线越粗，则表示两类团之间的外部联系强度越大，反之，则相反。

图1-2 焊接学类团关系图

5 结语

本部分研究采用共词分析方法，利用聚类分析、先进的社会网络分析方法和软件Pajek，分别绘制出材料学科和焊接学科两学科的聚类图、类团关系图，对两个学科：材料学科和焊接学科研究主题进行了较为详细的对比分析。通过分析对比得出两个学科的发展变化特点：

5.1 材料学科和焊接学科都属于工学学科，其发展研究主题存在共性

从两个学科的研究主题来看，我国材料学科研究领域、研究热点体现在复合材料、材料工艺参数研究、材料性能缺陷研究上，而焊接学科体现在焊接工程、工具材料、焊接工艺参数研究、焊接质量（缺陷）控制上。两个学科之间研究主题框架基本一致，其目的都是为了满足生产实践，都是为了规避缺陷（材料缺陷、焊接缺陷），提升加工质量。

5.2 热点研究领域显现新特征

两大学科的热点研究领域各有新特征：材料学科的陶瓷基复合材料、铝基复合材料、有限元分析、数值模拟等;焊接学科的自动焊技术、机器人技术等。

5.3 两个学科研究范围和内容具有一定的连续性、阶段性、变化性

两个学科不论是材料学科还是焊接学科都是从工程材料研究到工艺参数研究，最后再到性能缺陷研究，整个研究过程呈现出连续性、稳定性、阶段性、变化性的特点。每个阶段在各自基础上由细化整体上呈现发展性。

参考文献：

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中图分类号：TG4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0090-05

1 测试方案

1.1 取样

本次分析主要以管接头GJT-B09为主，随机抽样来料管接头20件，市场外退泄漏管接头5件，按表1进行分组。

1.2 制样

根据经验，目前高频焊接功率在1000～1600 W之间进行取值，本试验高频焊接功率取值1050 W、1350 W、1400 W、1550 W，在此功率下焊接温度控制在750℃～1100 ℃之间；焊接时间根据频率进行调定；冷却方式有水冷（在水中冷却）、空冷（在空气中冷却）两种。

具体实验方式如表2所示。

按照表2进行焊接，根据焊接效果选取制样，成品如图1所示，将样品进行区分，作相应的保护，待金相分析。

1.3 测试方法

管接头高频焊焊接受力主要集中在横截面、纵截面（以下称横面、纵面），将焊接好的管接头用线割解剖研磨如图1所示，分别在横面、纵面上任意取3个点，用400×显微镜进行金相分析。

2 实验结果

根据高频焊焊接管接头状况，挑选2#、4#、6#、9#、11#、13#、14#样品按照图示位置切开，并研磨横面、纵面，如图2～10所示。

3 实验分析

为得出最终的结论，将试验所得的金相照片进行比对、分析，在管接头未经过任何加工的时候，其金相分布较为均匀，而且比例分布比较合理，见图11。

与加工（焊接）过后的管接头金相进行对比，当焊机功率增大的时候（焊接温度提高、焊接时间减短），即：焊接过程中，焊接问题突然提高，部分金属原子来不及扩散，使得原子与原子之间进行激烈碰撞，熔合为一体，导致管接头内部金相逐渐变得扁平化、细长化，各相均连接在一起；在1350 W的时候，金相可以看出，α相的数量明显多于β相；到了1400 W时，各项均在增大，β相的增大幅度大于α相增大的幅度，比例趋于平衡；到1550 W之后，β相基本连成一片，且占的面积较大；如图12所示。

3.1 水冷与空冷的比对

由图13可见，直接水冷会导致大面积的β相出现，而且极不规则，主要是由于当材料处于高温状态的时候，内部的金属原子在移动，突然的冷却，导致活动原子活动骤然停止，所以呈现出不规则的状态，处于该状态下的接头内部应力较大，容易产生开裂、泄露等不良；而先空冷10 s再水冷，与放置空气中冷却至常温的金相基本一致。

3.2 手工焊接与高频焊接的对比

由图14可见，手工焊接是传统的焊接方法，而我司目前使用的是1350 W高频焊接，由金相图可见，手工焊接的金相较繁杂，主要是手工焊接的时候，接头各个部位的受热不一致，导致有些地方金相发生变化，某些地方保持原来的状态；而高频焊接出来的产品的金相基本一致，受热较均匀，一致性较好。

4 实验结论

（1）当温度骤然温度骤然升高的时候，内部金相均变大，温度越高β相的增大幅度大于α相增大的幅度。

（2）焊接完后直接水冷会导致内部的金相极不规则，且内部应力较大，易产生开裂、泄露等的不良显现，后面一种情况内部金相相对较规则。日本东芝专家对日本东芝泄露的管接头进行分析，也得出相应的结论。

由此可见，在控制好高频焊焊接工艺的前提下，推广高频焊焊接工艺不单可以提高生产效率，而且可以保证焊接一致性，提高产品质量。

5 整改措施

综合考虑产品的质量、一致性及效率方面的问题，目前仍需要使用高频焊接，但必须将高频焊接方法变成可控的焊接方法，在一些关键的参数上必须作出规定，及部分检测手段也应该相应的提高，具体方案如下：

（1）全面分析现有高频焊焊机的特性，规范设置合理的焊接电流、焊接时间。

（2）完善高频焊焊接工艺作业指导书，强调焊接要点和冷却时间规范。

（3）编制管接头高频焊焊接工艺稽查表，不定期对高频焊工艺纪律、焊接质量进行稽查。

（4）管接头来料检增加金相组织检测项目，指定管接头棒料供应商并连同来料日期标记在管接头成品上。

6 结语

通过对管接头高频焊接的研究，找出影响焊接的相关因素和具体的解决方案，从而提高高频焊接质量和效率。本文主要通过实际方案分析，从焊接频率、焊接时间和冷却条件之间的联系进行分析，将焊接工艺作业指导应用在实际生产中，在实际中发现问题，解决问题，选择最优的高频焊接工艺方法，为高频焊接创造更多的有利的发展条件，提高高频焊接工艺技术，这对于高频焊接工艺的发展具有十分重要的意义。

参考文献