第一篇：金屬焊接實驗教學虛擬實驗室研究論文

“卓越工程師教育培養計劃”（卓越計劃）是教育部提出的振興工程教育的重要舉措，旨在培養和造就一大批創新能力強、適應經濟和社會發展需要的高質量工程技術人才[１]。中國石油大學（華東）是入圍卓越計劃的試點高校，學校材料成型及控制工程專業是首批落實卓越計劃的試點專業。為了保證卓越計劃的順利實施，材料成型及控制工程專業對主干課程教學大綱及教學內容作了調整，并深化教學改革，精心建設虛擬實驗室。本文以金屬焊接課程為例，介紹本校在卓越計劃背景下虛擬實驗室建設及課程改革的探索及實踐之路。

１金屬焊接實驗教學面臨的挑戰

金屬焊接是材料成型及控制工程專業的一門重要的專業基礎課，也是一門實踐性很強的課程。該課程以金屬材料為研究對象，要求學生掌握冶金理論和石油石化生產領域金屬材料的焊接方法、焊接性能以及焊接工藝。按照卓越計劃中工程教育對課程的要求，傳統的課程實驗教學條件將面臨很大的挑戰[２]：（１）由于高校實驗教學設備的數量有限、設備類型單一，無法滿足大量學生同時做實驗的需要；（２）一些大型金屬焊接實驗設備投入和維修成本高；（３）實驗設備更新較慢，在用的實驗設備往往與新技術設備差距較大；（４）部分特殊實驗無法實現，如大型球罐焊接、在役管線焊接修復、事故模擬等。實驗設備條件的不足成為金屬焊接實驗教學發展的一大阻力。

２虛擬實驗室的優勢

１９８９年，美國弗吉尼亞大學的WilliamWolf教授提出虛擬實驗室概念后[３]，引起世界各國實驗教學工作者的重視。我國從２０００年開始進行虛擬實驗室的研究及建設。目前，依托卓越計劃，高校積極建設虛擬實驗室[４Ｇ５]，虛擬實驗與真實實驗相互補充，提高教學效果。虛擬實驗室的優勢主要有以下４方面。（１）投資少。虛擬實驗的教學資源是數字化資源，方便擴充和共享。一方面，它節省了學校采購大型實驗設備和更新實驗設備的資金投入，有效地解決了教學資源短缺、設備陳舊及更新緩慢等問題[６]；另一方面，虛擬實驗室可以通過網絡實現資源共享，避免了實驗儀器設備的重復購置。此外，虛擬實驗室也節省了學生進行自主實驗時購買材料的費用。（２）安全性高。當學生進行實際操作實驗時，由于操作不當便可能造成人身傷害和財產的損失；而帶壓管道的在役焊接等一些危險性較大的實驗，學生也無法親自操作。借助虛擬實驗室，不但可以對高危險性的實驗進行仿真，彌補教學條件的不足，同時可以避免真實的高危險實驗中的各種安全問題。（３）實現形象化教學，提高學生實驗興趣。采用虛擬技術構建的虛擬實驗室，運用計算機圖形、聲音和圖像創造逼真的實驗環境，不受時間和空間的限制。以石油石化行業典型的大型壓力容器焊接為例，采用虛擬實驗，不但能以三維圖形圖像和聲音將焊前準備、預熱及焊接過程逼真地的表現出來，使學生有豐富的感性認識，還能通過模擬不同現場條件下的焊接實驗（如球罐環焊縫焊接中的平焊、立焊和仰焊）加深學生對教學內容的理解。（４）激發學生的創新能力?！白吭接媱潯钡囊粋€典型特點是強化培養學生的工程能力和創新能力。其中創新能力的培養在于激發學生的創新思維，提高學習主動性，讓學生從知識的接受者轉變為知識的探究者[７]。虛擬實驗室使實驗教學變得極富創造性，學生作為實驗主體能夠發揮自主創新性。虛擬實驗室的開發和設計，是通過預設的實驗步驟、語音、按鍵等引導學生進行實驗。學生可以靈活選擇實驗方案和實驗系統，根據實驗目的，短時間內更換焊接材料、更改焊接方案、調整焊接工藝參數。虛擬實驗引導學生正確地理解實驗現象、總結分析實驗結果，而不需要消耗太多時間和實驗資源；學生在嘗試和總結中進行探索、發現事物的本質和規律，有利于擴展思維空間，有助于提高實踐創新能力。

３實驗教學虛實結合的應用

３．１虛擬實驗室的局限性

教學實踐證明，虛擬實驗室雖能在很大程度上輔助教學，但不能完全取代真實的實驗室。這是因為：（１）虛擬實驗室的教學模式過于強調學生的自主性，教師的主導作用難以體現，容易偏離教學目標；（２）過多的虛擬實驗將導致學生和教師之間的情感聯系減少，計算機網絡終端成為師生之間面對面交流的障礙，削弱了直接交流的情感教育[８]；（３）虛擬實驗室是人為設計的，仿真實驗環節、實驗操作流程、文字說明及語音提示等皆受控于設計人員，導致實際焊接實驗結果的細節化和多樣化被掩蓋，不利于學生發現實驗中的問題和更細致地觀察實驗現象；（４）更重要的是，虛擬實驗允許學生在實驗中的出錯，對于培養學生認真、謹慎、負責的實驗態度是非常不利的?？梢姡瑢Σ牧铣尚图翱刂乒こ虒I而言，培養學生的動手能力離不開實際操作的訓練，創新思想更需要實踐的驗證[９Ｇ１０]，“虛實結合”的教學模式能夠做到優勢互補。

３．２虛實結合的金屬焊接實驗教學

按照卓越計劃對“卓越”的要求，金屬焊接課程應以培養學生的能力為出發點。我校自主研發的金屬焊接課程虛擬實驗室系統，包含一個虛擬展廳和弧焊電源、焊接設備、焊接工藝和焊接檢驗等４個實驗室[１１Ｇ１２]。在金屬焊接實驗教學的實施過程中，采用虛實結合的教學模式。以金屬焊接中“插銷焊接實驗”為例，通過“虛擬實驗—實際實驗操作—強化虛擬實驗”的過程，循序漸進地培養學生的實踐技能和創新能力。（１）實驗準備。實驗前先進行知識準備，通過虛擬實驗室系統預習實驗過程，了解實驗目的。（２）虛擬實驗。學生在網絡終端進入虛擬實驗室，根據文字及語音提示逐步完成實驗，虛擬實驗室系統可以對虛擬實驗的操作錯誤給予提示和幫助。學生在完成插銷的焊接以及加載荷的實驗過程中，可進行多次操作練習。實驗結束后，學生可以在線提交實驗報告，實驗教師根據學生的實驗結果給予指導，為實際操作做好準備。（３）實際操作實驗。學生在虛擬實驗的基礎上進行實物實驗操作，減少了實驗過程中時間和材料的浪費。通過直觀的觀察，學生能夠更加深刻地理解插銷焊接實驗過程及評價氫致延遲裂紋敏感性的意義。（４）強化虛擬實驗。通過實際實驗操作，學生能夠進一步完善焊接方案及焊接工藝，再依靠虛擬實驗系統進行實驗討論、創新及改進。尤其是參加大學生創新實驗項目的學生，通過“虛實結合”的實驗模式能夠舉一反三，對金屬焊接課程的理解也再次提升。

４結束語

虛擬實驗室教學平臺提供了一個不受時空限制的開放性實驗環境，在節省資源、安全性、形象化教學以及提高學生自主性、創新性等方面具有獨特的優勢，是高校實驗教學的重要形式。尤其是在焊接實驗中，學生可以在逼真的環境中虛擬完成大型設備的焊接、拆裝操作，豐富了金屬焊接課程的實驗教學內容。隨著虛擬仿真技術的發展，虛擬實驗室必將在金屬焊接課程的實驗教學中發揮更加積極的作用。但是，虛擬實驗室不可能完全取代真實的實驗室，而基于虛擬實驗室構建技術和金屬焊接實驗相結合的虛實結合的實驗教學模式代表著先進實驗教學的方向，為石油類高校金屬焊接課程的實驗教學提供了一種嶄新的模式。

第二篇：高中信息技術教學論文 網絡虛擬實驗室體系結構研究

網絡虛擬實驗室體系結構研究

摘 要 隨著計算機、網絡技術的不斷發展，網絡虛擬實驗室得到越來越多的應用。介紹了虛擬實驗室的基本特點及其體系結構，實現虛擬實驗室的四種關鍵技術： Java、ActiveX、VRML、ASP，最后探討了虛擬實驗室開發過程當中應注意的幾個問題。

關鍵詞 虛擬實驗室 遠程教育 現代教育技術

迅速崛起的現代教育技術把虛擬實驗引入到了實驗教學中。虛擬實驗的應用改變了傳統的教育模式，使得教與學方式發生了革命性的變化。目前，用于實驗教學的計算機虛擬實驗軟件非常豐富，加上高校計算機及網絡資源，為虛擬實驗的開設提供了必要的基礎條件。通過網絡虛擬實驗室，能夠通過計算機在網絡中模擬一些實驗現象，它不僅僅能夠提高實驗教學效果，更加重要的是對一些缺乏實驗條件的學生，通過網絡同樣能夠身臨其境地觀察實驗現象，甚至和異地的學生合作進行實驗。1 網絡虛擬實驗室的發展及其特點

網絡虛擬實驗就是在WEB中創建出一個可視化的環境，其中每一個可視化的物體代表一種實驗對象。通過鼠標的點擊以及拖曳操作，用戶可以進行虛擬的實驗。網絡虛擬實驗實現的基礎是多媒體計算機技術與網絡技術的結合。無論是學生還是教師，都可以自由地、無顧慮地隨時進入虛擬實驗室操作儀器，進行各種實驗。為實驗類課程的教學改革及遠程教育提供了條件和技術支持。許多國內外從事實驗室工作的研究者們在實踐中還提出這樣一些概念：Digital Lab、MBL（Micro-computer Based Lab），盡管這些名詞不統一，但他們的實踐從不同的層面實現了虛擬實驗室。

1．1 印地安那州立大學的MBL化學實驗室

該實驗室在給新生開化學實驗課時用計算機來輔助做這樣一些事，用計算機采集與分析實驗數據，用計算機展示實驗，在網上發布相關的實驗指導材料。1.2 芝加哥伊利諾伊大學數字化有機化學實驗室

該實驗室充分利用網絡資源，在網上提供了一系列的實驗教學指導：在線實驗教材；實驗教學時間表；實驗測評方法、形式、時間；虛擬實驗；相關教學資源的鏈接等。他們還用計算機進行實驗教學的教務管理。

1.3 卡羅萊納州立大學的LAAP（Learn Anytime Anywhere Physics）

他們利用Java技術建立了基于Web的探索式虛擬物理實驗室，主要有以下幾個模塊：基于Java Applet的虛擬實驗設備和實驗設施；相關的實驗課程模塊；實驗學習結果評價模塊；協作學習模塊。

虛擬實驗室最大的優點是成本低，效率高。因為“軟件即為儀器”，這樣就可解決因實驗經費不足或高檔次、高價位設備缺乏所不能開出的實物實驗，同時也不會造成因使用不當，管理不善等因素造成的儀器損壞、元器件丟失等現象。同時虛擬實驗還可以模擬實驗室中沒有的設備，而且還可以不受時空的限制方便地進行實驗。另外，虛擬實驗室還應具備一些基本特征：與現實的一致性（或現實的延伸）、高度交互性、實時的信息反饋。2 網絡虛擬實驗室體系結構

網絡虛擬實驗室應是一個集虛擬實驗教學管理系統、實驗課教學指導系統，網絡實驗仿真等為一體的功能強大的網上運行系統。各部分之間相互聯系相互補充，僅具有相對獨立性。開發虛擬環境，實現實驗仿真應是虛擬實驗室建設的核心部分。圖1是虛擬實驗室體系結構圖。構建網絡虛擬實驗室的關鍵技術

用心

愛心

專心

目前國內的虛擬實驗室研究還處于萌芽階段，國外已經有很多大學進行了這方面的研究?？偨Y他們所使用的技術，可以看出大多可以劃分下面幾類： 3.1 Jａｖａ技術

Java是一個廣泛使用的網絡編程語言，它是一種新的計算概念。首先，作為一種程序設計語言，它簡單、不依賴于機器的結構、具有可移植性、安全性、并且提供了并發的機制、具有很高的性能。其次，它最大限度地利用了網絡，Java的小應用程序（applet）可在網絡上運行而不受CPU和環境的限制。另外，Java還提供了豐富的類庫，使程序設計者可以很方便地建立自己的系統，這一點對于構建網上虛擬實驗室系統來說也是非常關鍵的。

用心

愛心

專心 2

第三篇：金屬焊接情況匯報

金屬焊接工作情況匯報

在公司各級領導的直接領導和關心下，在公司工程管理部各職能部門的指導下以及各專業工程處的支持、配合之下，工程公司的焊接及金屬監督工作本著“科學管理、精心施工”的作風、本著對工程質量負責的態度，認真貫徹執行金屬技術監督規程、條例和相關標準法規，完成了電站安裝工程中的焊接、金屬檢驗和金屬技術監督工作，有力地保證了發電設備日后的安全、可靠運行。1、2008年公司焊接技術管理及金屬監督工作情況（1）焊接技術管理與質量管理情況

2008年，公司承建完成的工程實體焊接質量總體情況較好，全年共完成焊口約21萬多只（不包括凝汽器管板焊口16萬多只和焊接公司檢修完成的焊口），一次合格率大于91%。管理方面基本上按照公司統一的焊接專業管理制度運行，處于可控、在控狀態，技術攻關也成效明顯。主要情況如下：

1）公司及時完成了T92、SUPER304H、HR3C等五項新型耐熱鋼焊接工藝評定，滿足了彭城1000MW超超臨界塔式爐工程焊接施工需要；完成執行ASME標準的焊接工藝評定3項，滿足了越南工程的管道焊接工作需要。

2）施工現場焊接質檢人員、熱處理工均持證上崗。機爐和電控工程處在各工程點基本上都設立了專職焊接質檢員，在焊接全過程質量控制方面起到了良好的把關作用。焊工方面，基本上做到了鍋爐受熱面焊接前均模擬練習，分包單位焊工查驗合格證原件后，經現場考核合格才允許上崗。為保證熱處理工作質量，機爐工程處專門培養了兩名專職熱處理技術員，并新增培訓了七名熱處理工。

3）現場焊接材料專庫貯存、專人管理日趨規范。焊材的入庫驗收、合金鋼焊材光譜復核、烘燥、發放、回收等方面比較規范，基本上做到了可追溯。

4）廣泛應用于超超臨界機組上的新型耐熱鋼材料的焊接工藝已基本成熟，從技術管理人員到焊工對其工藝要求已有較充分的認識，大多數情況下能做到自覺遵守工藝規定。

5）在彭城塔式爐安裝焊接過程中，遇到了一系列難題，如：二級過熱

器管子普遍有剩磁現象；在國內率先使用了T617焊材焊接SUPER304H和HR3C鋼，根部易氧化熔合不良現象；近一萬只焊口需要借助于鏡子才能完成的“鏡面焊”工藝等。這些技術難題最終都被攻克，保證了該工程的順利進行和工程質量。

6）越南工程，在管理模式和執行的焊接技術標準上與國內工程差別較大，由于技術準備較充分，從焊接工藝評定、焊工技能考核、焊接工藝文件制定到焊接質量驗收等流程，基本處于受控狀態。

7）焊接公司積極發揮技術優勢，為香港電燈有限公司加工制作了7000多個高溫再熱器TP347HFG細晶粒不銹鋼管彎頭，并成功進行了1180℃高溫固溶熱處理，檢驗質量符合ASME標準。這一技術為以后在超超臨界鍋爐上大量應用的不銹鋼管子檢修奠定了基礎。

8）金屬焊接信息管理系統軟件開發已基本完成，現已在南熱工程試運行，通過試運行對軟件進行測試、完善和改進，為下一步正式使用奠定基礎。

（2）金屬檢測及金屬監督工作情況

2008年，公司承建的電站安裝工程中的金屬檢驗與檢測工作由檢測公司以江蘇江南檢測有限公司的名義承擔的，同時又以公司金屬試驗室的名義具體承擔著公司范圍內的金屬技術監督工作。本著服務現場、嚴把質量關的原則，嚴格執行國家及行業的相關規程規范，技術管理制度齊全，質保體系運行正常，金屬檢驗檢測的工作質量基本處于受控狀態。主要情況如下：

1）加強金屬檢測資質建設：2008年檢測公司相繼完成了江蘇江南檢測有限公司特種設備無損檢測機構資質鑒定現場評審、南通分公司電力建設一級金屬試驗室派出機構認證現場評審、江蘇電建一公司金屬試驗室國家實驗室認可 3）由于公司組織機構和人員變動情況，2008年5月公司金屬監督網進行了調整，成立了新的工程公司金屬監督網。

4）繼續執行月度匯報制度，于每月25日向工程公司各級領導匯報在建工程中的焊接和金屬監督動態工作情況，真實反映工程中的焊接和金屬檢測質量情況。

2、目前存在的主要問題

雖然我公司焊接、金屬檢測和金屬監督工作總體情況是好的，各方面管理工作基本到位，處于受控狀態，但仍存在諸多薄弱環節，主要體現在以下幾個方面：

（1）新型耐熱鋼焊接和熱處理工藝執行不嚴，給工程質量埋下了隱患。如：為了保證焊接接頭的持久性能，耐熱不銹鋼焊接層間溫度不得超過100℃，T23、T/P91和T/P92鋼焊接線能量和層間溫度必須嚴格控制，但由于現場各種原因，焊工時有違反，雖然隨后的無損檢測合格了，但接頭的性能卻嚴重下降。近兩年已投產超臨界和超超臨界機組頻繁出現鍋爐T91、T23管子焊接接頭早期失效開裂現象，就說明了這一問題。

（2）熱處理工作質量沒有得到根本轉變。熱處理工藝執行時打折扣現象依然普遍，造成這一現象的原因，除了熱處理工本身的責任心以外，熱處理人員數量和設備（尤其是測溫儀、記錄儀、加熱器）不足也是重要原因。而且，由于記錄儀不足，熱處理時不能形成有效的記錄曲線，事后還要花費大量的人工和設備重新運行以補曲線做資料，得不償失。

（3）面對現在的大容量高參數機組所用的鋼材級別普遍較高情況，我公司自己的焊工，特別是分包單位的焊工培訓取證項目有些滯后，在多個工程同時進入施工高峰時會出現缺乏相應持證項目的焊工。另外，我公司高壓焊工結構性缺陷沒有得到有效解決，雖然目前的工程焊接工作也沒受大的影響，但這是在嚴重透支“老本”、依靠大量的分包力量以及高價引進外援焊工實現的。

（4）附屬管道、中、低壓管道及沖管臨時管道的焊接質量仍不容樂觀，這是一個老問題，其根本原因是重視程度不夠，從而導致焊接過程控制松懈，現場焊接過程中普遍存在不擋風、焊條不烘干、根部不清理、部分焊口間隙過大或過小等現象，造成這類焊縫中大量氣孔、夾渣、根部未熔合、未焊透

等超標缺陷存在。從月報情況來看，其一次合格率往往低于60%。在整套機組啟動前進行質量監督檢查中，這類管道成了重點檢查的項目之一，也是最易暴露問題的地方。

（5）個別現場合金部件安裝存在混亂現象。如：現場中安裝單位對許多合金鋼材料、部件不進行委托光譜復核，光譜復核過的材料及部件不進行分類擺放，安裝時對合金鋼材料也不核對是否有光譜復核標識就進行安裝使用。這為日后機組的安全運行埋下了隱患，也嚴重影響了工程公司對外的形象。

（6）各項目分公司金屬技術監督人員配臵不到位，金屬技術監督工作常常處于被動階段。原因是多方面的，有些項目工程主觀上對金屬技術監督的重要性認識不足，有些項目工程甚至自始至終都沒建立金屬技術監督網絡；還有些項目工程，由于新進大學生剛走上技術管理崗位，自身工作經驗不足、對標準規范條文的理解不透等也造成金屬技術監督力量的薄弱。

（7）受熱面等鰭片管的安裝焊接質量有待提高，在歷次金屬監督會議中，這是各大業主經常反映的問題，例如：徐塘電廠＃4爐水冷壁鰭片焊縫缺陷泄漏導致爆管停爐兩次、國華太倉＃

7、8機組水冷壁下聯箱引出管鰭片焊縫各拉裂1次等。

（8）加強安裝過程中對集箱、管道等系統中的清潔度控制要求，尤其對帶節流孔設計的爐型，如系統中存在焊渣、鐵銹、泥沙等非金屬雜質在機組日后的運行中在蒸汽和凝結水的帶動下有可能在節流孔處堆積并逐漸干結固化，嚴重時可能完全堵死蒸汽流道，從而迅速導致短期過熱爆管。在近兩年已投產的機組中時常出現諸如此類的爆管現象。3、2009年金屬焊接方面的工作設想

針對目前存在的主要問題及著眼于提高專業管理水平與工程質量水平考慮，2009年金屬焊接專業需繼續認真努力完成日常工作，并重點做好以下工作：

（1）加強焊接工藝與熱處理工藝執行情況的監督檢查。針對今年公司承建的工程可能不會像前幾年那樣集中而上的情況，督促安裝單位利用此機會整頓焊接和熱處理工藝作風，嚴格工藝紀律，尤其是新型耐熱鋼焊接工藝與熱處理工藝。

（2）完成金屬焊接信息管理系統軟件的測試、完善與改進工作，在正式運行前對軟件主要使用人員進行培訓，希望通過本軟件的應用達到預期目的。

（3）繼續深入研究不銹耐熱鋼彎管固溶熱處理工藝，為今后的超臨界和超超臨界機組檢修奠定基礎。開展核電常規島用國產WB36CN1和P280GH鋼焊接工藝試驗研究，為我公司即將成立的核電焊工考核中心和今后的核電市場作技術儲備。

（4）積極準備，以完成工程公司國家實驗室

第四篇：石油工程虛擬仿真實驗教學實踐論文

摘要：針對石油工程專業實踐教學面臨的實驗對象不可視、危險大、設備成本高、實驗效果差等問題，構建了“四結合、四模塊、三層次”的虛擬仿真實驗教學體系，豐富了石油工程專業的實驗教學內容。通過虛擬仿真實驗與實際操作實驗的虛實結合、相互補充，促進學生與實驗內容的交互性和參與性，全面提升學生的自主學習能力、創新能力，達到高層次人才培養的目標。

關鍵詞：虛擬仿真；實驗教學；教學改革

一石油工程虛擬仿真實驗教學必要性

石油工程技術是解決如何將地下幾百至近萬米深的地層中的油氣通過井筒開采到地面，經過地面管道和集輸站分配及處理的相關技術。工程作業的地面、氣候環境惡劣，地下流體處于不可視、不可及的高溫、高壓環境下，采用常規實驗教學存在以下問題：1.油氣開發投資大、風險高、知識和技術密集。油氣開采過程中涉及鉆、完井工程，地層改造工程，油氣集輸工程，油氣易燃、易爆、高毒性等，大部分實驗和工程實踐因規模大、設備密集、危險性高等特點，常規實驗室設備難以完成。2.實驗設備價格昂貴，實驗儀器精密易損壞，維護成本高。受資金和場地的限制，實驗裝置數量有限，學生參與度低，缺乏深入的學習和實踐操作，不利于發揮學生的主動性、積極性和創造性，無法提高學生的動手能力和創新能力。3.實驗項目傳統的實驗多，體現現代化技術的實驗少；驗證性實驗多，培養學生創新能力、設計性能力、應用性能力創新型實驗少。4.受企業生產制度和安全方面的限制，學生在企業現場實習的時間和空間越來越小，難以達到預期效果。5.傳統的實驗教學無法實現優質實驗資源開放共享[2]?；谝陨显颍槍嵺`教學存在的不足，長江大學石油工程學院利用虛擬現實技術、仿真技術、多媒體技術、人機交互技術、網絡技術等與石油工程實際相結合，建立了面向自主學習的開放、互動式虛擬仿真實驗教學平臺，實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能，具有完全、成本低、易于更新的優點。通過虛擬仿真實驗與實際操作實驗的虛實結合、相互補充，促進學生與實驗內容的交互性和參與性，全面提升學生的自主學習能力、創新能力，達到高層次人才培養的目標。

二石油工程虛擬仿真實驗教學平臺

（一）教學體系

長江大學以全面提高高校學生自主創新精神和實踐能力為宗旨，以共享優質實驗教學資源為核心，通過與優勢學科、特色專業相結合，以現代油氣開采過程為主線，通過四結合（理論教學與實驗教學相結合、基本訓練與能力培養相結合、校內實驗與企業實踐相結合、科研成果與教學實踐相結合），著力構建滿足三個教學層次（基礎訓練、綜合設計和研究創新）要求的包含四大模塊（鉆井工程、采油工程、油藏工程和油氣儲運虛擬仿真模塊）的虛擬仿真實驗教學體系。

（二）模塊構成1.認識實踐及基礎訓練。專業課程的理論知識系統性不強，知識點多且零散，研究對象及涉及原理抽象難以直觀展示，學生缺乏理論知識整體構建能力。為解決這個問題，將理論教學中的重、難點知識，常用的鉆井、采油、集輸設備和工具，施工過程和工藝等，制作成多媒體、視頻和仿真動畫，輔以習題庫和實驗前小測試。共研發了118種典型的井下作業工具、油氣集輸設備及運行機理、油氣滲流原理和實驗儀器設備的結構等演示型虛擬仿真動畫，提高實驗教學的直觀性、形象性，激發學生對實驗課的興趣，加深對專業基礎知識的理解，提高學習效率，讓學生有更多時間參與實踐創新。2.虛擬仿真操作。四大虛擬仿真模塊共研發了16個綜合設計和科研創新訓練類虛擬仿真實驗。井下作業模擬培訓系統、長輸管道虛擬仿真培訓系統、裂縫導流能力虛擬仿真、抽油機原理和泵效測定等虛擬仿真實驗項目，通過虛實結合，可產生與現場情況相似的視覺效果，配以逼真的現場聲音，給人身臨其境的感覺。通過自行設計作業參數，反復操作實物，觀察仿真儀表參數變化，掌握作業系統的運行、控制技能，作業流程各環節的操作及常見事故判斷與處理的知識與技能，彌補生產實習中“只能有限制的看，絕對不能摸”的不足，提高學生的動手能力?；谔摂M仿真實驗平臺，學生能深入油藏內部，觀察儲層參數、流體參數實時動態變化，進行油田開發動態分析、開發方案設計、鉆井工程設計、井身結構虛擬設計等綜合實踐，滿足學科競賽、創業創新大賽等的需要，激發學生的科研興趣、啟發學生的科研思維，培養學生的科研創新能力。石油工程課程設計系統、石油工程畢業設計與生產現場實訓相結合，提高學生的操作能力和實踐能力。虛擬仿真操作教學環節系統、全面的虛擬仿真實踐訓練可大大提高學生的動手能力和工程實踐技能，成為企業歡迎的人才。3.實踐技能考核。石油工程虛擬仿真教學平臺的考核體系包括實驗前、實驗中和實驗后三大板塊。實驗前在功能上提供知識輔助學習、課前預測等。平臺提供交互式練習、答疑、模擬測試、課件點播等功能，便于學生掌握實驗項目涉及的知識點、實驗原理、實驗流程及實驗操作等，檢查學生理論知識和應知應會的掌握情況，提高實驗效率。實驗中在功能上提供智能指導、過程監控等。平臺可監控學生的實驗過程，對學生在實驗過程中的不當操作進行智能化和人性化的指導。實驗后在功能上提供自動批改、成績分析和評價等。平臺記錄學生的實驗報告、實驗數據和結果，通過數據處理，利用教師預先錄入的批改規則進行分析，給出評價結果。石油工程虛擬仿真實驗教學中心有滿足課堂教學展示和驗證性實驗操作訓練，也有利用科研項目及成果轉化的系統軟件和儀器設備，開拓學生視野、提升知識結構，培養學生綜合設計和創新能力。

三虛擬仿真實驗教學成效

（一）豐富實驗教學資源

通過發揮學校學科專業優勢，利用企業開發實力和支持服務能力，充分整合學院信息化實驗教學資源，不斷轉化科研成果為虛擬仿真實驗項目，拓寬實驗項目的深度和廣度，石油工程虛擬仿真實驗教學中心共構建了10門實驗課程，65個實驗項目，面向全校6個專業并對全校其他專業開放，年平均實驗學生人數近1500人，年實驗人時數近30000（人時）。實驗開出率達100%，綜合性、設計性和創新性實驗比例達到86.2%，引導學生自主學習、研究探索和設計創新。

（二）整合和共享優質資源

虛擬仿真實驗教學中心本著“產、學、研”合作辦學理念，與多個油田企業建立校企聯合實驗室、實習基地，開展虛擬仿真實驗項目的開發與應用。為相關石油企業的職工技能培訓及應急處理實訓提供服務，承擔周邊兄弟院校實驗任務，作為社會公共教育共享資源，普及油氣鉆、采、輸的風險及應急防范和逃生知識，起到了良好的示范和輻射作用。

（三）提升專業建設水平

虛擬仿真實驗教學中心依托石油工程專業國家級特色專業建設點、石油工程專業省級品牌專業建設、省級重點學科、省級油氣勘探教學示范中心、省部級重點實驗室、教育部重點實驗室等，通過虛實結合的實驗教學資源，支撐了三門省級精品課程，三門校級精品課程。

（四）增強創新實踐能力

石油工程虛擬仿真實驗教學中心重視培養學生創新實踐能力，已成為學生進行科學研究和實踐創新的基地。近三年來中心指導學生參加省級、國家級比賽獲獎80多項，獲批省校級、級、國家級大學生創新創業訓練計劃項目30多項，獲得專利10多項，在國內外學術期刊上發表論文130多篇。學生的工程綜合素質和創新能力得到提高。畢業生得到用人單位“綜合素質好、基礎扎實、動手能力強，具有很強的工程實踐能力和創新能力”的好評，相關專業大學生就業率一直保持在96%以上。

四結語

石油工程虛擬仿真實驗教學中心以培養學生工程實踐綜合素質和創新能力為核心，構建了高度仿真的虛擬實驗項目，建立了“四結合、四模塊、三層次”的教學體系。虛擬仿真實驗教學通過優化整合實驗資源，工程實踐結合、科研成果轉化、學科前沿引入，拓展了實驗教學內容的深度和廣度，推動了實驗教學改革與創新，培養了學生的實踐創新能力，提高了實驗教學質量。

參考文獻

[1]徐劍坤,習丹陽,馬文頂,等.采礦工程專業虛擬仿真實驗教學資源庫建設[J].教育現代化，2017(13):67-68.[2]史壽樂.虛擬現實在教育中的應用[J].教育現代化，2017(32):205-206.

第五篇：金屬焊接性 總結

填空 1.鋼的強化方式有固溶強化、沉淀強化、位錯強化、熱處理強化、細晶強化。除了細晶強化是同時提高強度和韌性的強化手段外，其他的強化方式都是在強度提高到一定程度后，沖擊韌度會下降。Hall-Petch關系式是細晶強化的理論依據σs =σ0 + Kd-1/，σ0為鐵素體晶格摩擦力；K為常數，d為晶粒直徑2.影響焊接性的因素是材料、設計、工藝、及服役環境。3.常用的低合金鋼焊接冷裂紋試驗方法:斜Y形坡口對接裂紋試驗、剛性固定對接裂紋試驗、窗形拘束裂紋試驗、十字接頭裂紋試驗、插銷試驗、剛性拘束裂紋試驗、拉伸拘束裂紋試驗。4.焊縫韌性取決于針狀鐵素體(AF)和先共析鐵素體(PF)組織所占的比例。5.低碳調質鋼:14MnMoVN、14MnMoNbB、15MnMoVNRE、HQ70、HQ80C、HQ100

6、中碳調質鋼最好在退火（或正火）狀態下焊接，焊后通過整體調質處理獲得性能滿足要求的焊接接頭，這是焊接中碳調質鋼的一種比較合理的工藝方案。7.焊接主要是解決的是裂紋問題。8.奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼綜合了奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的優點，具有良好的韌性、強度及優良的耐氯化物應力腐蝕能力。9.采用加熱減應區法焊補鑄鐵，成敗的關鍵在于正確選擇“減應區”，以及對其加熱、保溫和冷卻的控制。選擇原則是使減應區的主變形方向與焊接金屬冷卻收縮方向一致。焊前對減應區加熱能使缺陷位置獲得最大的張開位移，焊后使減應區與焊補區域同步冷卻。10.金屬基復合材料的焊接問題，關鍵是非金屬增強相與金屬基體以及非金屬增強相之間的結合。11.復合鋼板的焊接過程，一般是復層和基層分開各自進行焊接，焊接中的主要問題在于基層與復層交接處的過渡層焊接。12.考慮到焊接結構應用主要是純銅及黃銅，故焊接性分析是結合純銅及黃銅熔焊來討論的。13.焊接性評定方法分類1模擬類方法2實焊類方法3理論分析和計算類方法。

名詞解釋1.焊接性是指同質材料或異質材料在制造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭并滿足預期使用要求的能力，其包括結合性能和使用性能。2.工藝焊接性就是一定的材料在給定的焊接工藝條件下對形成焊接缺陷的敏感性,涉及焊接制造工藝過程中的焊接缺陷問題。使用焊接性指一定材料在規定的焊接工藝條件下所形成的焊接接頭適應使用要求的能力，涉及焊接接頭的使用可靠性問題。

3.點腐蝕是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微，而分散發生的局部腐蝕，又稱坑蝕或孔蝕。4.晶間腐蝕 在晶粒邊界附近發生的有選擇性的腐蝕現象。受這種腐蝕的設備或零件，外觀雖成金屬光澤，但因晶粒彼此間已失去聯系，敲擊時已無金屬的聲音，鋼制變脆，晶間腐蝕多半與晶界層貧鉻現象有聯系。5.韌性是表征金屬對脆性裂紋產生和擴散難易程度的性能。6.應力腐蝕 也稱應力腐蝕開裂，指不銹鋼在特定的腐蝕介質和拉應力作用下出現的低于強度極限的脆性開裂現象。

簡答、1.熱軋及正火鋼焊接時，熱影響區脆化機制是啥？

答：（1）粗晶區脆化 被加熱到1200度以上的熱影響區過熱區可能產生粗晶區脆化，韌性明顯降低。這是由于熱軋鋼焊接時，采用過大的焊接熱輸入，粗晶區將因晶粒長大或者出現魏氏組織而降低韌性；焊接熱輸入過小，粗晶區中馬氏體組織所占的比例增大而降低韌性。采

用小焊接輸入是避免這類鋼過熱區脆化的一個有效措施。(2)熱應變脆化 產生在焊接融合區及最高加熱溫度低于Ac1的亞臨界熱影響區。對于C-Mn系熱軋鋼及氮含量較高的鋼，一般認為熱應變脆化是由于氮、碳原子聚集在位錯周圍，對位錯造成釘扎作用造成的。一般認為在200度-400度時熱應變脆化最為明顯，當焊前已經存在缺口時，會使亞臨界熱影響區的熱應變脆化更為嚴重。熔合區易于產生熱應變脆化與此區域存在缺口性質的缺陷和不利組織有關。熱應變脆化易發生在一些固溶N含量較高而強度級別不高的低合金鋼中。2.熱軋及正火鋼焊接材料的選擇注意事項？

熱軋及正火鋼焊接一般是根據其強度級別選擇焊接材料，而不要求與母材同成分，其選用要點如下：（1）選擇與母材力學性能匹配的相應級別的焊接材料（2）同時考慮熔合比和冷卻速度的影響（3）考慮焊后熱處理對焊縫力學性能的影響。

3.低碳調質鋼碳的質量分數不超過0.18%，焊接性能遠優于中碳調質鋼。低碳調質鋼焊接熱影響區形成的是低碳馬氏體，馬氏體開始轉變溫度Ms較高，所形成的馬氏體具有“自回火”特性，使得焊接冷裂紋傾向比中碳調質鋼小。常采用低強匹配和等強匹配。低碳調質鋼的合金化原則是在低碳基礎上通過加入多種提高淬透性的合金元素，來保證獲得強度高、韌性好的低碳“自回火”馬氏體和部分下貝氏體的混合組織。

4.低碳調質鋼熱影響區獲得較細小的低碳馬氏體組織（ML）或下貝氏體組織時，韌性良好，而韌性最佳的組織為低碳馬氏體與低溫轉變貝氏體的混合組織，隨著上貝氏體組織的增加韌性急劇下降。其原因：板條馬氏體轉變時，約10個以上相鄰板條大致具有同一結晶方位，形成一束板條，有效晶粒直徑較大。下貝氏體的板條間結晶位向差較大，有效晶粒直徑取決于其板條寬度，比較微細，韌性良好。當

ML

與下貝氏體混合生長時，原奧氏體晶粒被先析出的下貝氏體有效地分割，促使ML有更多的形核位置，且限制ML的生長，因此ML+BL混合組織的有效晶粒最為細小。

5.低碳調質鋼焊接參數的選擇？（1）焊接熱輸入的確定 以抗裂性和對熱影響區韌性要求為依據。從防止冷裂紋出發，要求冷卻速度慢為佳，但對防止脆化來說，要求冷卻速度越快越好，因此應兼顧兩者的冷卻速度范圍。其上限取決于不產生冷裂紋，下限取決于熱影響區不出現脆化混合組織。保證不出現裂紋和滿足熱影響區韌性條件下，熱輸入應盡可能選擇大些。(2)預熱溫度和焊后熱處理 當低碳調質鋼板厚不大，接頭拘束度較小時，可以采用不預熱焊接工藝。當焊接熱輸入提高到最大允許值裂紋還不能避免時，就必須采取預熱措施。低碳調質鋼焊接結構一般在焊態下使用，正常情況下不進行焊后熱處理。6.9Ni鋼的焊接性需注意的問題：1）正確選擇焊材2）避免磁偏吹現象3）嚴格控制焊接熱輸入和層間溫度，避免焊前預熱。但要嚴格控制9Ni鋼中S、P含量，采用控制層間溫度及焊后緩冷等工藝措施，可降低冷卻速度，避免淬硬組織，采用較小的焊接熱輸入。

7.采用同質焊縫焊接馬氏體不銹鋼時，焊后熱處理應該怎么做？采用同質焊縫焊接馬氏體不銹鋼時，為防止焊接接頭形成冷裂紋，宜采取預熱措施。預熱溫度：焊件焊后不可隨意從焊接溫度直接升溫進行回火熱處理。正確的方法是：回火前使焊件適當冷卻，讓焊縫和熱影響區的奧氏體基本分解為馬氏體組織。焊后熱處理制度的制定須根據具體成分制定具體工藝。

8.雙相不銹鋼耐應力腐蝕機制是：(1)雙相不銹鋼的屈服強度比18-8型不銹鋼高，即產生表面滑移所需的應力水平較高，在相同的腐蝕環境中，由于雙相不銹鋼的表面膜因表面滑移而破壞的應力較大，即應力腐蝕裂紋難以形成。（2)雙向不銹鋼中一般含有較高的鉻、合金元素，而加入這些元素都可延長孔蝕的孕育期，使不銹鋼具有較好的耐點腐蝕性能，不會由于點腐蝕而發展成為應力腐蝕。（3）雙向不銹鋼的兩個相的腐蝕電極電位不同，裂紋在不同相中和在相界的擴展機制不同，其中必有對裂紋擴展起阻止或抑制的階段，此時應力腐蝕裂紋發展極慢。（4）雙向不銹鋼中。第二相的存在對裂紋的擴展起機械屏障作用，延長了裂紋的擴展期。此外兩個相的晶體形面取向差異，使擴展中的裂紋頻繁改變方向，從而大大延長了應力腐蝕裂紋的擴展期。9.氫是鋁及其合金熔焊時產生氣孔的主要原因，氫的來源是弧柱氣氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分，其中焊絲及母材表面氧化膜的吸附水分對焊縫氣孔的產生有重要影響。防止焊縫氣孔的途徑：1）減少氫的來源，焊前處理十分重要2）控制焊接工藝。

10.工件表面不清理狀態下進行對接氬弧焊（無間隙或間隙很小）時焊縫有大量的氣孔，但在同樣不清理的板材上進行堆焊時，一般不產生氣孔。對接間隙增大時，氣孔也相應減少。這表明，緊密接觸的對接端面表面層是形成氣孔的重要原因。這是因為，在焊接熱作用下，緊靠熔池前部的對接邊受到嚴重擠壓而接觸緊密，甚至可觀察到塑性變形，對接端面的表面層往往有吸附的水汽及其他能形成氣體的物質，此時緊靠熔池前方的對接端面又處于高溫狀態，這對生成氣體有利。這些氣體被對接端面嚴重封鎖，處于高壓狀態，生成微氣泡，隨后這些微氣泡在熔池中生長成氣孔。在堆焊及預留間隙對接時，工件表面及對接端面的水汽、結晶水等雜質在熔化前就被加熱到高溫而分散進入氣相，故對氣孔生成影響很小。11.比較分析三種鎳基鑄鐵焊條特點

1）純鎳鑄鐵焊條 優點是在電弧冷焊條件下焊接接頭加工性優異。焊縫為奧氏體加點狀石墨，硬度低，塑性較好，抗熱裂紋性能較好。2）鎳鐵鑄鐵焊條 由于鐵的固溶強化作用，其熔敷金屬力學性能較高，主要用于高強度灰鑄鐵和球墨鑄鐵的焊接。小電流焊接時半熔化區白口寬度為0.10～0.15mm，熱影響區最高硬度小于300HBS，使焊接接頭的加工性比EZNi型焊條稍差。3）鎳銅鑄鐵焊條 由于含鎳量處于純鎳鑄鐵焊條和鎳鐵鑄鐵焊條之間，使焊接接頭的半熔化區白口寬度和接頭的加工性能也介于二者之間。僅適用于強度要求不高的加工面缺陷的焊補。鎳基焊縫的共同特點是含碳量較高，組織為奧氏體＋石墨。這類焊條均采用石墨型藥皮，主要用于不同厚度鑄鐵件加工面上中、小缺陷的焊補。

12.對于結構復雜或厚大灰鑄鐵件上的缺陷焊補，應本著從拘束度大的部位向拘束度小的部位焊接的原則。如圖，灰鑄鐵缸體側壁有3處

裂紋缺陷，焊前在1和2裂紋端部鉆止裂孔，適當開坡口。焊接裂紋1時，應從閉合的止裂孔一端向開口端方向分段焊接。裂紋2處于拘束度較大部位，由于裂紋兩端的拘束度比中心大，可采用從裂紋兩端交替向中心分段焊接工藝，有助于減小焊接應力。還要注意，止裂孔最后焊接。當鑄鐵件的缺陷尺寸較大、情況復雜、焊補難度大時，可以采用鑲塊焊補法、栽絲焊補法及墊板焊補法等特殊焊補技術。圖中的缺陷3由多個交叉裂紋組成，如逐個焊補，則難以避免出現焊接裂紋?？梢詫⒃撊毕菡w加工掉，按尺寸準備一塊厚度較薄的低碳鋼板。焊前將低碳鋼板沖壓成凹形，如圖6-12a所示，或者用平板在其中間切割一條窄縫，如圖6-12b所示，目的是降低拘束度。焊補時低碳鋼板容易變形，利于緩解焊接應力，防止焊接裂紋，此即鑲塊焊補法。按圖6-12b給出的順序分段焊接，最后用結構鋼焊條將中間的切縫焊好，保

證

缸

體

壁的水

密

性。

13.評定焊接性的原則主要包括：一是評定焊接接頭產生工藝缺陷的傾向，為制定合理的焊接工藝提供依據；二是評定焊接接頭能否滿足結構使用性能的要求。

論述奧氏體不銹鋼焊接性分析？焊接工藝要點？

1)焊接接頭的晶間腐蝕 晶間腐蝕在焊縫區，熔合區，熱影響區均有可能出現；通常用貧鉻理論來解釋。危害：受腐蝕部位無尺寸上的變化，甚至仍舊保持金屬澤，受到應力作用時會沿晶界斷裂，強度幾乎完全消失，防止措施：采用低碳焊條、降低焊接電流、加快焊接速度2）焊接熱裂紋 產生原因：奧氏體不銹鋼導熱系數小，而線膨脹系數大，焊接過程中易于產生拉應力、在結晶時晶粒間存在很薄的液相層，塑性很低。防止措施： 采用含S,P量少的焊絲、焊縫冷卻速度不可過快、采用小電流快速焊、收弧時填滿弧坑。3）應力腐蝕開裂防止措施：采用合理的焊接順序，避免產生較大的焊接拉應力、避免焊縫與腐蝕介質接觸、避免焊縫產生咬邊等點蝕缺陷4）焊縫脆化 產生原因：焊接時過大殘余應力，使得奧氏體焊縫產生“自生硬化”現象，降低了焊縫的塑性和韌性；焊縫中鐵素體的存在 防止措施：采用限制熱輸入的辦法，可以有效防止焊縫脆化；采用純奧氏體焊條5）焊接變形 奧氏體不銹鋼的導熱系數較小，而線性膨脹系數較大，導致焊縫冷卻過程中產生較大拉應力，宏觀表現為較大的焊接變形。防止方法：采用專用夾具，以機械約束力減小變形傾向；選用較小的焊接電流，并多層多道焊、分段焊，減小局部變形傾向 工藝要點:1.合理選擇焊接方法；2.控制焊接參數，避免接頭產生過熱現象；3.接頭設計的合理性應給以足夠的重視；4.盡可能控制焊接工藝穩定以保證焊縫金屬成分穩定；5.控制焊縫成形；6.防止工件工作表面的污染。