專業(yè)化焊接電工實(shí)訓(xùn)臺(tái)對(duì)于智能焊接技術(shù)學(xué)生技能訓(xùn)練的必要性

嚴(yán)瀚林 王 鐸 顧興豪 胡宗政

蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 甘肅 蘭州 730000

1 焊接電工課程重要性

普通高等學(xué)校?？茖I(yè)中將焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)改名為智能焊接技術(shù)專業(yè),名稱修改重點(diǎn)在“智能”、與傳統(tǒng)焊接相比,突出了智能焊接、前沿焊接技術(shù),未來在焊接加工過程、質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理等實(shí)現(xiàn)焊接管控一體化。智能焊接專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后能夠在壓力容器、石油化工、核設(shè)施、發(fā)電設(shè)備、鐵路、冶金、汽車、船舶、港口、航空航天、水利、機(jī)械、精密儀器等行業(yè)從事焊接自動(dòng)化、智能焊接機(jī)器人操作、前沿焊接技術(shù)生產(chǎn)作業(yè)、設(shè)備維護(hù)、質(zhì)量管理工作,技術(shù)含量將會(huì)更高,工作環(huán)境變好,勞動(dòng)強(qiáng)度也會(huì)降低。

在職業(yè)教育中,智能焊接技術(shù)人才培養(yǎng)方案就要和改名前焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)有所不同。換言之,智能焊接技術(shù)人才培養(yǎng)方案在結(jié)合1+X特種焊接技術(shù)考證的同時(shí),還要合理設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生焊接生產(chǎn)技術(shù)課程體系,設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)器人操作技術(shù)課程體系,讓學(xué)生畢業(yè)后具備焊接設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、智能焊接機(jī)器人調(diào)試、使用、維護(hù)、維修,還具備制圖、焊接質(zhì)量控制、焊接質(zhì)量檢測、焊接生產(chǎn)管理、加工工業(yè)設(shè)計(jì)等能力,保證能夠擔(dān)起焊接領(lǐng)域智能制造的工作任務(wù)。

因此,智能焊接技術(shù)專業(yè)兩大課程體系——焊接生產(chǎn)技術(shù)課程體系和自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)器人操作技術(shù)課程體系,焊接生產(chǎn)技術(shù)課程體系是焊接相關(guān)課程,包括《焊接方法與設(shè)備》、《金屬學(xué)與熱處理》、《材料焊接性》、《焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)》、《金屬熔焊原理》、《焊接檢驗(yàn)方法》、《焊接生產(chǎn)管理》等;自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)器人操作技術(shù)課程體系,包括《機(jī)器人焊接技術(shù)》、《自動(dòng)化控制》、《電工電子》等?；谂囵B(yǎng)智能焊接技術(shù)學(xué)生實(shí)現(xiàn)焊接智能制造,就要將兩個(gè)課程體系相互交叉、相互融合,如果單純沿著這兩個(gè)體系開設(shè)課程,從教學(xué)上來說總課時(shí)量會(huì)增多,教學(xué)資源浪費(fèi),學(xué)生學(xué)習(xí)壓力增加;從能力培養(yǎng)上來說,學(xué)生也不能很好將兩方面技能融合,不能保證學(xué)生畢業(yè)就能承擔(dān)起生產(chǎn)任務(wù),所以在開設(shè)課程時(shí),就需要在焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)課程基礎(chǔ)上進(jìn)行修改和整合,必要時(shí)還要根據(jù)學(xué)校自身特點(diǎn)重新選擇教材或者編訂教材,或者開設(shè)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)大課程。

在課程整合方面,兩大類課程體系都需要電工電子課程做支撐,根據(jù)專業(yè)設(shè)置要求,課程內(nèi)容需要保證學(xué)生能夠識(shí)別基本電工電子元器件,識(shí)別焊接電源相關(guān)的半導(dǎo)體,識(shí)別直流、交流電路、三相交流電路;具有焊接生產(chǎn)用電安全意識(shí)、能力;熟知焊接電弧電特性,弧焊電源基本要求,弧焊電源系統(tǒng)穩(wěn)定性控制;掌握磁路和變壓器基本原理,掌握各類弧焊方法中焊接主電路、控制電路原理,焊機(jī)與自動(dòng)控制設(shè)備連接等知識(shí)。所以在電工電子這方面,智能焊接技術(shù)專業(yè)的《焊接電工》課程標(biāo)準(zhǔn)就需要在焊接技術(shù)與自動(dòng)化專業(yè)的基礎(chǔ)上做一定改動(dòng),保證滿足兩大類課程的要求,來支撐學(xué)生后期對(duì)于自動(dòng)化控制、機(jī)器人焊接技術(shù)、焊接方法與設(shè)備、焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)等課程的學(xué)習(xí)。

在以往學(xué)生實(shí)習(xí)調(diào)研中,也發(fā)現(xiàn)了《焊接電工》課程設(shè)置存在弊端,如從2016年至2021年五年參加焊接頂崗實(shí)習(xí)的200多名焊接專業(yè)學(xué)生調(diào)查問卷結(jié)果來看,91%學(xué)生認(rèn)為《焊接電工》課程很重要,80%學(xué)生覺得焊接電工知識(shí)覆蓋范圍不廣泛、不夠深入,70%學(xué)生任務(wù)焊接電工訓(xùn)練缺乏針對(duì)性,87%學(xué)生認(rèn)為自動(dòng)化生產(chǎn)調(diào)試時(shí)電工技能不熟練。

2 《焊接電工》課程設(shè)置

基于上文討論結(jié)果,《焊接電工基礎(chǔ)》課程內(nèi)容可設(shè)置為以下幾個(gè)部分:實(shí)訓(xùn)環(huán)境與安全用電、直流電路、正弦交流電路、半導(dǎo)體元件及其應(yīng)用、電子電路、焊接電弧及其電特性、對(duì)弧焊電源基本要求、變壓器與弧焊變壓器、焊接電源控制電路、典型焊接設(shè)備故障維修和保養(yǎng)等。其中,實(shí)訓(xùn)環(huán)境與安全用電、直流電路、正弦交流電路、半導(dǎo)體元件及其應(yīng)用、電子電路課程內(nèi)容解決保證學(xué)生的用電安全,為學(xué)生進(jìn)行焊接設(shè)備與其他自動(dòng)化設(shè)備連接、操作,提供了電氣知識(shí)基礎(chǔ),也為學(xué)生認(rèn)識(shí)焊接電源提供了知識(shí)基礎(chǔ);焊接電弧及其電特性、對(duì)弧焊電源基本要求、變壓器與弧焊變壓器、焊接電源控制電路、典型焊接設(shè)備故障維修和保養(yǎng),是學(xué)生掌握焊接電特性、各類弧焊電源電路以及維護(hù)的知識(shí)、技能儲(chǔ)備來源。

具體可以設(shè)置以下章節(jié),第一章用電安全:試驗(yàn)臺(tái)用電安全、焊接用電安全、觸電現(xiàn)場急救;第二章直流電路:電路和電路模型,直流電路物理量,電路元器件,電路工作狀態(tài),基爾霍夫定律,電阻的連接;第三章交流電路,交流電參數(shù),單一參數(shù)正弦交流電路,整流電路,三相交流電路;第四章半導(dǎo)體元件和應(yīng)用:半導(dǎo)體元件,三極管放大電路,穩(wěn)壓電路;第五章常用低壓電器與電路:常用開關(guān)及按鈕,交流接觸器,繼電器,行程開關(guān),電磁氣閥及壓力開關(guān);第六章焊接電弧及電特性:焊接電弧物理特性,焊接電弧結(jié)構(gòu)及伏安特性,交流電弧;第七章弧焊電源基本要求:弧焊電源外特性,弧焊電源調(diào)節(jié)性能,弧焊電源動(dòng)特性;第八章弧焊變壓器:磁場基本物理量,鐵磁性能及能量損耗,磁路及磁路定律,交流鐵芯線圈電路,弧焊變壓器工作原理;第九章控制電路:軸流風(fēng)機(jī),三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行控制電路安裝,三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路安裝,焊接電源控制電路;第十章典型焊接設(shè)備故障維修與保養(yǎng),晶閘管弧焊整流器的故障維修與保養(yǎng),逆變式弧焊整流器的故障維修與保養(yǎng),弧焊變壓器的故障維修與保養(yǎng),脈沖弧焊電源的故障維修與保養(yǎng)。

3 《焊接電工》課程對(duì)實(shí)訓(xùn)臺(tái)要求

智能焊接技術(shù)專業(yè)強(qiáng)實(shí)踐,重訓(xùn)練,教材、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)（實(shí)訓(xùn)設(shè)備）與課程標(biāo)準(zhǔn)的貼合程度越高,越能發(fā)揮教師教學(xué)能力,越能進(jìn)行專業(yè)相關(guān)針對(duì)性訓(xùn)練,在提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果和學(xué)生實(shí)踐能力方面也很顯著,所以焊接電工應(yīng)該根據(jù)人才培養(yǎng)方案和課程標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā)、選用、配置專業(yè)性電工實(shí)訓(xùn)平臺(tái),具體需要包括基本直流電路、交流電路,交流鐵芯線圈電路,基爾霍夫定律驗(yàn)證,逆變式弧焊整流功能,晶閘管弧焊整流實(shí)訓(xùn)功能,脈沖弧焊電弧電源脈沖電路設(shè)計(jì),IGBT模塊,直流散熱風(fēng)扇電路等模塊。

這樣強(qiáng)專業(yè)性焊接電工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)能方便焊接專業(yè)學(xué)生對(duì)焊接電工知識(shí)進(jìn)行專業(yè)性實(shí)驗(yàn),能讓學(xué)生完成焊接電源相關(guān)的用電安全,整流、逆變等主要焊接電源主電路原理、電路搭建學(xué)習(xí),也能保證學(xué)生進(jìn)行條理感、模塊式、項(xiàng)目化、安全性實(shí)操學(xué)習(xí),對(duì)學(xué)生電路原理學(xué)習(xí)、實(shí)際電路搭建、電源維護(hù)都有直觀的意義,對(duì)學(xué)生后期《焊接方法與設(shè)備》、《機(jī)器人焊接技術(shù)》、《焊接自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用》、《特種焊接技術(shù)》等課程學(xué)習(xí)起到很好支撐作用,對(duì)學(xué)生參加1+X特種焊接技術(shù)考證、機(jī)器人焊接技術(shù)比賽,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用等比賽也有很大的知識(shí)、技能鋪墊。

4 目前存在的電工實(shí)訓(xùn)臺(tái)

目前,《焊接電工》教材較多,且95%為中職教材,剩余5%教材中與焊接電工貼合的教材更少。同時(shí),與智能焊接技術(shù)人才培養(yǎng)要求貼近的焊接電工實(shí)訓(xùn)臺(tái)同樣缺乏,或者說能夠完全適用于焊接專業(yè)學(xué)生電工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)缺乏,各個(gè)職業(yè)院校焊接專業(yè)學(xué)生與機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生使用同樣的電工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。這類平臺(tái)包括了直流、交流、基爾霍夫定律、三相交流電機(jī)等功能,非常適用于電氣自動(dòng)化專業(yè),但是不能很好適用智能焊接技術(shù)專業(yè),造成焊接專業(yè)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)期間所學(xué)技能不能很好與專業(yè)對(duì)應(yīng),造成時(shí)間浪費(fèi),技能提升效率不高。

設(shè)計(jì)并搭建出一個(gè)適用于智能焊接技術(shù)學(xué)生的專業(yè)性焊接電工實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在本文所述背景下就非常必要,但是各個(gè)職業(yè)院校焊接專業(yè)學(xué)生相對(duì)較少,而焊接電工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)又只能用于焊接專業(yè)學(xué)生,所以單獨(dú)為焊接專業(yè)學(xué)生搭建焊接電工實(shí)訓(xùn)室、購買焊接電工平臺(tái)會(huì)造成資源浪費(fèi)?，F(xiàn)在職業(yè)院校使用的電工實(shí)訓(xùn)臺(tái)多是試驗(yàn)箱式電工臺(tái),如果在原有電工實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上開發(fā)焊接電工實(shí)訓(xùn)模塊并做成箱體,也會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

5 總結(jié)

隨著焊接設(shè)備的智能化、自動(dòng)化的普及,雖然自動(dòng)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場景逐漸減少,焊接不再是單獨(dú)的一項(xiàng)工作,或者說一種普通的工種。焊接設(shè)備也不是單獨(dú)出現(xiàn)在生產(chǎn)場所,而是與多臺(tái)機(jī)器人、變位機(jī)、傳輸帶、視覺、計(jì)算機(jī)、可編程控制器等其他設(shè)備組成工作站或者柔性生產(chǎn)線。對(duì)與焊接技術(shù)人員來說,掌握焊接相關(guān)設(shè)備操作、機(jī)器人操作、設(shè)備維護(hù)、焊接工作站（柔性生產(chǎn)線）搭建技能越來越重要,焊接電工技能就會(huì)在他們的工作中起著非常大的作用。

從行業(yè)需要反映到智能焊接技術(shù)人才培養(yǎng),要求職業(yè)院校教會(huì)學(xué)生普通焊接知識(shí)和技術(shù),也要教會(huì)學(xué)生智能制造相關(guān)技能。

焊接人才培養(yǎng)要求增加,學(xué)?？梢酝ㄟ^精簡課程、課程與課程融合,合理配置資源,來提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。對(duì)于《焊接電工》教學(xué),專業(yè)的焊接電工實(shí)訓(xùn)臺(tái)對(duì)提升學(xué)生電工技能、降低學(xué)生學(xué)習(xí)成本、服務(wù)智能焊接人才培養(yǎng)非常必要。