焊接是一門實踐性非常突出的學科。我校近幾年焊接人才供需矛盾日益突出，其中對具有創(chuàng)新思維的焊接應(yīng)用型人才的需求尤為緊迫。所以在焊接人才培養(yǎng)中，創(chuàng)新實踐的能力尤為重要。但是，由于受當前教學的寬口徑人才培養(yǎng)思想和經(jīng)費限制，我校原焊接專業(yè)方向的實踐環(huán)節(jié)、實際動手能力培養(yǎng)在教學內(nèi)容中比例偏少。

這就造成對學生創(chuàng)新能力、工程思維能力培養(yǎng)也相當不足。具體體現(xiàn)在，目前某些課程的實驗教學仍然依附于理論教學。雖然，目前許多高校（包括我校）的焊接專業(yè)方向，在實踐教學環(huán)節(jié)也進行了大力改革，獨立開設(shè)了實驗課程，但其實驗內(nèi)容大多還是驗證性實驗，只是將原來依附于每門理論課程的實驗項目機械地組合在了一起。綜合性實驗數(shù)目少，且對學生的工程意識、實踐能力、動手能力、分析解決問題的能力鍛煉不夠。針對以上問題，在半固態(tài)攪拌釬焊技術(shù)研發(fā)過程中，重點培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新動手實踐能力和創(chuàng)新型實踐思維方式。

1焊接創(chuàng)新實驗應(yīng)遵循的指導

1.1建立科學的焊接創(chuàng)新思維方式。

在實驗過程中，引導學生在實驗過程原則中自主設(shè)計和思考，引導學生以學科交叉理論為基礎(chǔ)綜合思考和分析問題,引導學生以批判性辯證思維方式分析問題和解決問題，培養(yǎng)學生具有團隊合作的精神。

1.2實驗內(nèi)容主要采用創(chuàng)新的實驗方法探索某些難焊材料、物理化學不相容材料的焊接問題，提高焊接效率或改進焊接方法的新焊接工藝，抑制焊接有害界面反應(yīng)的新工藝方法。主要實驗內(nèi)容如下：焊接新工藝、新材料；新型焊接設(shè)備。

2“半固態(tài)攪拌釬焊”創(chuàng)新實驗思路及主要內(nèi)容

2.1半固態(tài)攪拌釬焊實驗項目的提出

該創(chuàng)新實驗項目首先以焊接性差的鋁基復合材料為研究對象。鋁基復合材料具有高比強度、高比彈性模量、高尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點，在航天領(lǐng)域和武器裝備領(lǐng)域具有重大潛在的使用價值。但是由于該材料的焊接性差，極大限制了該種材料進一步推廣和應(yīng)用。

作者基于多年半固態(tài)焊接研究的基礎(chǔ),率先提出了創(chuàng)新型“鋁基復合材料的半固態(tài)攪拌釬焊新技術(shù)”。該項技術(shù)焊接原理如圖1所示，在半固態(tài)連接過程中通過施加適當?shù)臄嚢枇鍪拱牍虘B(tài)合金中固相部分流變擠壓、破碎以至去除待焊表面的氧化膜，使得半固態(tài)合金中液相部分與復合材料基體發(fā)生適當?shù)臄U散溶解，從而實現(xiàn)焊料與復合材料基體的冶金結(jié)合。該技術(shù)擬在非真空、低溫條件下實現(xiàn)鋁基復合材料的高效連接。因此，“鋁基復合材料的半固態(tài)攪拌釬焊”創(chuàng)新實驗項目充分體現(xiàn)新材料、新工藝和新裝備“三新技術(shù)”的應(yīng)用。

2.2半固態(tài)攪拌釬焊實驗系統(tǒng)的初步建立

雖然該實驗技術(shù)在理論上具有一定的可行性，但是，如何在設(shè)備上加以實現(xiàn)，是擺在參加該項創(chuàng)新實驗所有學生面前的一道難題。指導老師對該項創(chuàng)新實驗提出明確的要求：

2.2.1首先明確試驗系統(tǒng)基本組成單元，即由旋轉(zhuǎn)攪拌、行走、加熱和測控溫等單元組成，并據(jù)此對試驗小組成員進行了明確分工；

2.2.2試驗裝置結(jié)構(gòu)力求簡單、實用,能保證實現(xiàn)該項焊接技術(shù)的基本功能；

2.2.3該試驗裝置的各組成單元和所需材料最好立足實驗室現(xiàn)有的設(shè)備和材料，以節(jié)約該實驗項目的成本。

在明確該項創(chuàng)新實驗基本要求后,學生對該設(shè)備的整體方案進行了充分的調(diào)研和論證。在確定方案后，進入圖紙設(shè)計、設(shè)備加工和后期的設(shè)備安裝和調(diào)試階段。通過以上步驟的實施,初步建立半固態(tài)攪拌釬焊實驗系統(tǒng)，如圖2、3所示。其主要由行走小車（由埋弧焊行走部分改造而成）、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（由手電轉(zhuǎn)改造而成）、焊接平臺、加熱系統(tǒng)、測控溫系統(tǒng)所組成。實踐表明，該實驗系統(tǒng)已能基本實現(xiàn)攪拌釬焊的功能。重要的是，通過該實驗系統(tǒng)的研制大大地提高了學生動手實踐能力。另外，學生運用所學的電子電工學、機械設(shè)計基礎(chǔ)等理論知識，分析焊接速度、旋轉(zhuǎn)速度等焊接參數(shù)的測量與控制原理和特點，找出現(xiàn)有焊接實驗設(shè)備的不足，并應(yīng)用機電一體化的理論知識提出改進方案與措施,以便提高焊接設(shè)備的精準度和自動化程度。如對旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)速測控單元進行改造，可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)攪拌參數(shù)精準控制。因此，通過該實驗系統(tǒng)的研制極大地提高了學生綜合分析問題的能力,并為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力創(chuàng)造了有利條件。尤為重要的是，使學生充分意識到，即使利用現(xiàn)有簡單的設(shè)備,依然可使創(chuàng)新設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實，從而激勵學生在日常工作中能進行創(chuàng)新實踐活動。

2.3釬料層類型和焊接參數(shù)優(yōu)化確定

在鋁基復合材料的半固態(tài)釬焊過程中，Zn-Al釬料合金不同Zn含量對焊接成敗起到非常關(guān)鍵作用。這主要因為通過降低釬料中Zn含量可擴大釬料的固液區(qū)間，將助于降低焊接溫度參數(shù)的敏感性，從而提高焊接結(jié)果的穩(wěn)定性。另外，在焊接實驗的探索階段,焊接成功率較低。但通過對成功案例的分析，積極引導學生摸索和揭示焊接實踐過程中偶然現(xiàn)象中的必然因素。

也就是說明該項技術(shù)在原理上是可行的，但是在工藝上還不成熟。這需要通過研究焊接溫度、攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度等工藝參數(shù)對攪拌釬焊接頭的微觀結(jié)構(gòu)和力學性能的影響規(guī)律來確定各參數(shù)的主次和交互作用，最終選擇優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)。故通過焊接創(chuàng)新實驗，學生不僅學習到相關(guān)性能檢測方法，增強了解決實際工程問題的能力，同時，也有助于學生建立批判性辨證思維方式，從而增強學生的創(chuàng)新能力。

3焊接創(chuàng)新實驗取得的教學成果

我校焊接教學團隊在半固態(tài)攪拌釬焊創(chuàng)新實踐的基礎(chǔ)上，先后指導學生進行了多項創(chuàng)新實驗項目，取得了顯著的創(chuàng)新教學成果，并形成了一套完整的焊接創(chuàng)新實驗教學體系。近3年來，以焊接創(chuàng)新實驗項目為基礎(chǔ)，開展了2005~2007級本科生的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。