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天津大学焊接专业60年焊接师资及焊接科研发展综述|焊接教育|焊接科技网

天津大学焊接专业60年焊接师资及焊接科研发展综述|焊接教育|焊接科技网
 
2012年是天津大学焊接专业,也是中国焊接专业的60华诞。六十年来铸造了天大焊接教育及科学研究的辉煌,本文仅从焊接专业师资力量及焊接科研发展情况进行综述。
一、焊接专业师资 
1952年7月确定由孟广喆教授担任焊接专业筹备组负责人,开始筹建焊接专业教育。
参加天大焊接专业筹备及创立初期的教师主要有:孟广喆教授(原南开大学机械系)、李佩崑教授(原河北工业学院机械系教授)和青年教师齐树华(津沽大学机械系助教)、阎毓禾(河北工业学院机械系助教)等。
其中,孟广喆教授1929年毕业于清华大学,1932年获美国普渡大学硕士学位,曾任南开大学西南联大教授。抗战胜利后,创办了南开大学机械系,曾任南开大学工学院院长、机械系主任。 
1953年哈尔滨工业大学我国的焊接专业师资班;张文钺(1955年)、赵家瑞、罗津如(1956年)、朱任中(1956年毕业,1958年来天大)、凌天成(1957年)等人都是从哈尔滨工业大学研究生或本科生毕业来天津大学工作的。
二十世纪六十年代,天津大学焊接教研室拥有两大教授(孟广喆、李佩崑)、十大讲师(张文钺、齐树华、阎毓禾、李俊岳、张金昌、凌天成、赵家瑞、朱任中、罗津如等)的豪华教师队伍(当时全国焊接专业中仅有4名教授 ), 1981年我国正式建立学位制度。
天津大学焊接专业成为国务院学位委员会批准的首批博士学位授权专业。孟广喆教授成为天津大学首批国务院学位委员会批准的九位博士生指导教师之一。
天津大学焊接的孟广喆教授、单平教授先后在1962年-1981年、2003年-2011年担任了中国焊接学会的理事长。 2
003年~2007年霍立兴教授担任中国焊接学会焊接力学及结构设计与制造委员会主任。
2003年~2011年李午申教授担任中国焊接学会金属焊接性及焊接材料专业委员会主任。 
2007年单平教授担任IIW国际焊接学会执委,这也是中国焊接专家第三次担任国际焊接学会的执委。
2007年至今荆洪阳教授担任中国焊接学会焊接力学及结构设计与制造委员会主任。
今天的焊接学科,现有教职工25人,包括教授11人(其中博导10人),副教授6人,讲师5人,高级工程师2人,工程师1人,其中长江讲座教授(国家千人计划,天津市千人计划入选者)1人,教育部新世纪人才5人。实验室研究人员中96%的教师具有博士学位,45岁以下的教师占总教师人数的70%。
二、焊接专业科研
早在专业也建设初期,天大焊接就非常重视科学研究。1960年孟广喆教授就领导焊接结构组的教师与技术人员自行研制了我国第一台1200吨的焊接宽板拉伸试验机,该试验机的设计、安装与调试都是天大焊接自行完成的,为国家九江大桥焊接工艺评定做出了贡献。
在二十世纪六十年代,李俊岳、阎毓禾等老师承担了国家水电部重点项目铝铜过渡接头自动闪光焊的研究,改装了MCMY—150对焊机,试验成功了铝铜接头闪光焊,并在工程实际中得到了应用,获得1961年水电部三等奖;在国内首先开展了粗钢筋对接闪光焊研究与应用研究,解决了当时天津市的重点建设项目——津塘公路上20多座桥梁主要受力结构中大量的Φ32mm螺纹钢筋的对接闪光焊的焊接科研问题。
七十年代贾安东等老师参加了天津市六百吨水压机的焊接技术研究,为天津市六百吨水压机的研制成功做出了贡献;李俊岳老师负责解决了毛主席纪念堂建设中铸铝合金暖气包封口的焊接难题。 1978年的全国科学大会,赵家瑞、杜则裕等人开展的“硬铝熔化极脉冲氩弧焊”获得全国科学大会奖。
经过多年的努力,天大焊接学科形成了具有明显特色和优势的四个传统焊接科研方向: 
1.焊接结构断裂与安全评价 
在孟广喆教授、霍立兴教授等的主持下,天津大学建立了国内高校中一流的焊接结构实验室,其焊接科研成果处于国内领先水平,是国内焊接领域公认的特色优势方向。
早在20 世纪70 年代初,在孟广喆教授的带领下,天大焊接率先开展了焊接结构低温脆断的试验研究,与通用所、兰石所、化机所等单位合作,采用自行设计、制造及调试1200T脆断拉力机,进行宽板拉伸试验,开展了“焊接应力与变形”、“低温钢断裂韧性”、“九江大桥用1.5MnVN钢断裂韧性”、“压力容器安全性和缺陷评定标准”等焊接结构强度与断裂的研究工作,由此天津大学焊接实验室成为焊接结构脆性破坏试验基地。 “焊接结构的强度与断裂”的研究成果获国家教委首届科技进步一等奖,“FG-43球罐用钢断裂韧性的研究”获得天津市科技成果二等奖。
自20 世纪80 年代以来,在霍立兴教授的带领下,开展了焊接结构安全评定的全面屈服准则及COD ,J 积分等弹塑性断裂参量在非均质体焊接结构安全评定中应用的可行性研究,为国际焊接学会奠基者之一。W. Soete 教授提出的全面屈服准则进行了系统的研究,扩大了其应用范围。
例如,证实了应用全面屈服准则可更合理地评定金属结构制造过程中的应变时效;用该准则发现强度匹配的极限点;用该准则对表面裂纹和埋藏裂纹的评定,发现了裂纹扩展规律。通过小型容器爆破试验,证明薄壁压力容器易出现全面屈服断裂和小范围屈服断裂。
上述研究成果“全面屈服准则在焊接结构安全评定中的应用”获国家教委科技进步甲类成果一等奖。而在参加的“八五”攻关项目中,提出了符合全面屈服准则的焊接气孔及夹渣评定的新方法,整体项目获劳动部科技进步一等奖及国家“八五”科技攻关重大科技成果奖。
20世纪末期,在霍立兴教授的带领下,天大焊接开始了提高焊接接头疲劳强度和寿命的研究,采用自行开发研制的超声冲击装置,对焊接接头进行处理后可大幅度提高其疲劳性能(对低碳钢和低合金钢接头,其疲劳强度可提高60 %左右,疲劳寿命可提高2030 倍) ,具有巨大的经济效益和社会效益。 “改善焊接结构疲劳强度的超声冲击方法及其装置”获2002年中国高校科技进步二等奖;“焊接结构延寿中的超声波及相变应力作用研究”获2004年天津市自然科学一等奖。
进入21世纪以来,在荆洪阳教授带领下,天大焊接结合海洋工程、电力系统等实际焊接结构在国家自然科学基金、霍英东教育基金、天津市自然科学基金的支持下,率先开展了“基于局部法的焊接结构完整性评定技术与应用”的研究,提出了基于微观断裂参量的威布尔应力断裂准则,证明了该准则能够用实验室小尺寸试样对实际复杂焊接结构断裂行为进行准确的评定和预测;开发了自动求解局部断裂参量的软件程序,建立了“基于局部法的含缺陷承压结构安全评定专家系统”;该成果已应用于石油、电力、化工、重型装备、核电等行业中。该成果2010年获得了中国高校科技进步一等奖。
2. 焊接冶金和材料
焊接冶金和材料是天津大学焊接学科又一个国内公认的特色优势方向。张文钺教授是该方向的主要带头人和奠基者。
从 国家的“六五”开始,在张文钺教授的带领下,天大焊接对国产低合金钢焊接冷裂敏感性进行了系统的研究。采用插销试验法,综合研究了多种国产低合金高强钢的冷裂敏感性,探讨了各种焊接工艺条件对钢材冷裂倾向的影响,提出了国产低合金钢焊接冷裂敏感性指数及判别国产低合金高强钢冷裂敏感性的判据,即插销试验临界应力的经验公式,该公式为预防国产低合金高强钢焊接冷裂纹提供了理论依据,被全国焊接生产部门广为应用,称之为“天津大学公式”。其研究项目“国产低合金钢焊接冷裂敏感指数的研究”1986年获国家科委、冶金部“六五”攻关重大成果二等奖、个人荣誉奖;“焊接冶金质量的控制因子”获1996年国家教委科技进步二等奖;“低合金钢焊接冷裂控制因子的研究”获1993年国家教委科技进步三等奖。
二十世纪八十年代,张文钺教授提出了一种测试焊接区氢瞬态分布的方法——氢气泡动态逸出电视录像法。该方法采用显微镜下电视录像测氢—计算机图像处理系统,可以有效地观察氢在焊接区的微观分布及逸出的动态过程。这对进一步研究氢致裂纹的微观机理和防止冷裂的途径具有重要意义。为进一步弄清氢在金属中的含量,在张文钺教授带领下,天大焊接开展了排液扩散氢测定法的研究,并研制出相应的装置。这种方法简便易行,测得的结果与国际上通用的水银法相同,而成本大大降低。“排液扩散氢测定法及其装置的研究”获1989年国家教委科技进步二等奖。
在二十世纪九十年代开始,在张文钺教授、陈邦固教授的带领下开展了国产“药芯焊丝成套生产技术”的研究。1993年8月“药芯焊丝成套生产技术”预研阶段成果通过了鉴定,样品指标达到了国外同类产品的先进水平,这是在国外企业进行严密技术封锁的情况下,完全依靠自己力量自主研制的药芯焊丝样品。1994年8月以天津大学作为技术支撑单位,由天津科学技术委员会、天津信托投资公司、天津大学合作成立了“天津市三英焊业有限责任公司”,该公司成为国内第一家拥有我国自主知识产权的药芯焊材企业。十几年来,三英公司坚持科学研究,完成了省部级科研项目12项,获“国家级新产品”三项,省部级科技进步奖二项;从开始生产至今,产销药芯焊丝数十万吨,约占中国市场总销量的14%。
3. 电弧物理电弧物理
是天津大学焊接的又一明显特色的研究方向。自1981年英国焊接专家兰卡斯特来天津大学讲学以后,在李俊岳教授的带领下,天大焊接开创了我国的焊接电弧物理的研究方向,并担任了中国焊接学会焊接物理委员会主席,主要从事焊接电弧等离子体的激光与光谱的诊断。其间,“焊接电弧过程的激光显示技术”获1982年天津市优秀科技成果一等奖;“电弧等离子体单波长激光干涉诊断法”的研究获1989年国家教委科技进步二等奖;“焊接电弧氢的光谱诊断法”的研究获1992年国家教委科技进步三等奖;“焊接电弧光谱信息及其在过程测控上的应用”的研究获2002年天津市科学技术三等奖。
二十世纪八十年代,在赵家瑞教授的带领下开展了高频TIG、高频微束等离子电弧行为机理研究,并将图像处理法引入到研究中,通过研究提出了脉冲电弧附加电磁力理论解释了脉冲电弧的“高频效应”现象。“脉冲频率对TIG焊电弧行为影响机理的研究”获1990年国家教委科技进步三等奖。
4.焊接工艺设备及焊接自动化
二十世纪八十年代开始,在赵家瑞教授的带领下,开展了晶体管电源、逆变电源的研究,并形成产品推广的实际生产中,其中“TX—250晶体管焊接电源”获1981年天津市科技进步二等奖;胡绳荪负责的“微束TIG焊机的研制”获1990年天津市科技进步二等奖。
奚道岩教授开展了高频焊螺旋管水再压缩式空气等离子在线切割工艺及装备的研究,解决了螺旋管焊接在线切割问题,获得了1988国家教委科技进步二等奖。
二十世纪八十年代末期,针对我国大口径石油管道焊接设备及工艺落后问题,单平等人在我国率先开展了管道振动闪光焊接的研究,较早的应用微机控制和电液伺服控制技术,于1990年成功地开发出我国第一台管道振动闪光焊机,填补了我国大口径管道对焊设备的空白,与国外同类设备相比,其控制技术与焊接工艺水平都有较大的提高。
近年来天大焊接又开展了激光焊接、搅拌摩擦焊接、脉冲多丝埋弧焊工艺及控制装置的研究等;以及机器人焊接工艺、焊接自动化等方面的研究,其中杨立军副教授开展的“射频同轴电缆生产线新技术开发”项目研究,采用自适应控制技术,实现了焊接参数实时自调整,解决了薄壁(0.2~0.7mm)金属管高速焊接质量不稳定问题,获得了2008年天津市科技进步三等奖。