專業化焊接電工實訓臺對于智能焊接技術學生技能訓練的必要性

嚴瀚林 王 鐸 顧興豪 胡宗政

蘭州職業技術學院機電工程系 甘肅 蘭州 730000

1 焊接電工課程重要性

普通高等學校專科專業中將焊接技術與自動化專業改名為智能焊接技術專業,名稱修改重點在“智能”、與傳統焊接相比,突出了智能焊接、前沿焊接技術,未來在焊接加工過程、質量管理、生產管理等實現焊接管控一體化。智能焊接專業學生畢業后能夠在壓力容器、石油化工、核設施、發電設備、鐵路、冶金、汽車、船舶、港口、航空航天、水利、機械、精密儀器等行業從事焊接自動化、智能焊接機器人操作、前沿焊接技術生產作業、設備維護、質量管理工作,技術含量將會更高,工作環境變好,勞動強度也會降低。

在職業教育中,智能焊接技術人才培養方案就要和改名前焊接技術與自動化專業有所不同。換言之,智能焊接技術人才培養方案在結合1+X特種焊接技術考證的同時,還要合理設計培養學生焊接生產技術課程體系,設計培養學生自動控制技術、機器人操作技術課程體系,讓學生畢業后具備焊接設備、自動化設備、智能焊接機器人調試、使用、維護、維修,還具備制圖、焊接質量控制、焊接質量檢測、焊接生產管理、加工工業設計等能力,保證能夠擔起焊接領域智能制造的工作任務。

因此,智能焊接技術專業兩大課程體系——焊接生產技術課程體系和自動控制技術、機器人操作技術課程體系,焊接生產技術課程體系是焊接相關課程,包括《焊接方法與設備》、《金屬學與熱處理》、《材料焊接性》、《焊接結構生產》、《金屬熔焊原理》、《焊接檢驗方法》、《焊接生產管理》等;自動控制技術、機器人操作技術課程體系,包括《機器人焊接技術》、《自動化控制》、《電工電子》等。基于培養智能焊接技術學生實現焊接智能制造,就要將兩個課程體系相互交叉、相互融合,如果單純沿著這兩個體系開設課程,從教學上來說總課時量會增多,教學資源浪費,學生學習壓力增加;從能力培養上來說,學生也不能很好將兩方面技能融合,不能保證學生畢業就能承擔起生產任務,所以在開設課程時,就需要在焊接技術與自動化專業開設課程基礎上進行修改和整合,必要時還要根據學校自身特點重新選擇教材或者編訂教材,或者開設生產性實訓大課程。

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,根據專業設置要求,課程內容需要保證學生能夠識別基本電工電子元器件,識別焊接電源相關的半導體,識別直流、交流電路、三相交流電路;具有焊接生產用電安全意識、能力;熟知焊接電弧電特性,弧焊電源基本要求,弧焊電源系統穩定性控制;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,焊機與自動控制設備連接等知識。所以在電工電子這方面,智能焊接技術專業的《焊接電工》課程標準就需要在焊接技術與自動化專業的基礎上做一定改動,保證滿足兩大類課程的要求,來支撐學生后期對于自動化控制、機器人焊接技術、焊接方法與設備、焊接結構生產等課程的學習。

在以往學生實習調研中,也發現了《焊接電工》課程設置存在弊端,如從2016年至2021年五年參加焊接頂崗實習的200多名焊接專業學生調查問卷結果來看,91%學生認為《焊接電工》課程很重要,80%學生覺得焊接電工知識覆蓋范圍不廣泛、不夠深入,70%學生任務焊接電工訓練缺乏針對性,87%學生認為自動化生產調試時電工技能不熟練。

2 《焊接電工》課程設置

基于上文討論結果,《焊接電工基礎》課程內容可設置為以下幾個部分:實訓環境與安全用電、直流電路、正弦交流電路、半導體元件及其應用、電子電路、焊接電弧及其電特性、對弧焊電源基本要求、變壓器與弧焊變壓器、焊接電源控制電路、典型焊接設備故障維修和保養等。其中,實訓環境與安全用電、直流電路、正弦交流電路、半導體元件及其應用、電子電路課程內容解決保證學生的用電安全,為學生進行焊接設備與其他自動化設備連接、操作,提供了電氣知識基礎,也為學生認識焊接電源提供了知識基礎;焊接電弧及其電特性、對弧焊電源基本要求、變壓器與弧焊變壓器、焊接電源控制電路、典型焊接設備故障維修和保養,是學生掌握焊接電特性、各類弧焊電源電路以及維護的知識、技能儲備來源。

具體可以設置以下章節,第一章用電安全:試驗臺用電安全、焊接用電安全、觸電現場急救;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,基爾霍夫定律,電阻的連接;第三章交流電路,交流電參數,單一參數正弦交流電路,整流電路,三相交流電路;第四章半導體元件和應用:半導體元件,三極管放大電路,穩壓電路;第五章常用低壓電器與電路:常用開關及按鈕,交流接觸器,繼電器,行程開關,電磁氣閥及壓力開關;第六章焊接電弧及電特性:焊接電弧物理特性,焊接電弧結構及伏安特性,交流電弧;第七章弧焊電源基本要求:弧焊電源外特性,弧焊電源調節性能,弧焊電源動特性;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:軸流風機,三相異步電動機單向運行控制電路安裝,三相異步電動機正反轉控制電路安裝,焊接電源控制電路;第十章典型焊接設備故障維修與保養,晶閘管弧焊整流器的故障維修與保養,逆變式弧焊整流器的故障維修與保養,弧焊變壓器的故障維修與保養,脈沖弧焊電源的故障維修與保養。

3 《焊接電工》課程對實訓臺要求

智能焊接技術專業強實踐,重訓練,教材、實訓平臺（實訓設備）與課程標準的貼合程度越高,越能發揮教師教學能力,越能進行專業相關針對性訓練,在提升學生學習效果和學生實踐能力方面也很顯著,所以焊接電工應該根據人才培養方案和課程標準來開發、選用、配置專業性電工實訓平臺,具體需要包括基本直流電路、交流電路,交流鐵芯線圈電路,基爾霍夫定律驗證,逆變式弧焊整流功能,晶閘管弧焊整流實訓功能,脈沖弧焊電弧電源脈沖電路設計,IGBT模塊,直流散熱風扇電路等模塊。

這樣強專業性焊接電工實訓平臺能方便焊接專業學生對焊接電工知識進行專業性實驗,能讓學生完成焊接電源相關的用電安全,整流、逆變等主要焊接電源主電路原理、電路搭建學習,也能保證學生進行條理感、模塊式、項目化、安全性實操學習,對學生電路原理學習、實際電路搭建、電源維護都有直觀的意義,對學生后期《焊接方法與設備》、《機器人焊接技術》、《焊接自動化技術與應用》、《特種焊接技術》等課程學習起到很好支撐作用,對學生參加1+X特種焊接技術考證、機器人焊接技術比賽,工業機器人技術應用等比賽也有很大的知識、技能鋪墊。

4 目前存在的電工實訓臺

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,與智能焊接技術人才培養要求貼近的焊接電工實訓臺同樣缺乏,或者說能夠完全適用于焊接專業學生電工實訓平臺缺乏,各個職業院校焊接專業學生與機電一體化、電氣自動化等專業學生使用同樣的電工實訓平臺。這類平臺包括了直流、交流、基爾霍夫定律、三相交流電機等功能,非常適用于電氣自動化專業,但是不能很好適用智能焊接技術專業,造成焊接專業學生在實訓期間所學技能不能很好與專業對應,造成時間浪費,技能提升效率不高。

設計并搭建出一個適用于智能焊接技術學生的專業性焊接電工實驗平臺在本文所述背景下就非常必要,但是各個職業院校焊接專業學生相對較少,而焊接電工實訓平臺又只能用于焊接專業學生,所以單獨為焊接專業學生搭建焊接電工實訓室、購買焊接電工平臺會造成資源浪費。現在職業院校使用的電工實訓臺多是試驗箱式電工臺,如果在原有電工實訓平臺上開發焊接電工實訓模塊并做成箱體,也會是一個不錯的選擇。

5 總結

隨著焊接設備的智能化、自動化的普及,雖然自動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,焊接不再是單獨的一項工作,或者說一種普通的工種。焊接設備也不是單獨出現在生產場所,而是與多臺機器人、變位機、傳輸帶、視覺、計算機、可編程控制器等其他設備組成工作站或者柔性生產線。對與焊接技術人員來說,掌握焊接相關設備操作、機器人操作、設備維護、焊接工作站（柔性生產線）搭建技能越來越重要,焊接電工技能就會在他們的工作中起著非常大的作用。

從行業需要反映到智能焊接技術人才培養,要求職業院校教會學生普通焊接知識和技術,也要教會學生智能制造相關技能。

焊接人才培養要求增加,學校可以通過精簡課程、課程與課程融合,合理配置資源,來提高學生學習效率。對于《焊接電工》教學,專業的焊接電工實訓臺對提升學生電工技能、降低學生學習成本、服務智能焊接人才培養非常必要。