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ChatGPT融入高校思想政治教育：机遇、挑战及路径

2024-09-27 0 上传者：管理员

摘要：生成式人工智能的快速发展和广泛应用将促进高校思想政治教育的变革与创新，在带来构建思想政治教育新场域、整合思政内容、完善思政评估方式等机遇的同时，也给思政教育带来了意识形态、科学技术、伦理法治等方面的风险挑战。在防范高校思想政治教育工作中运用ChatGPT造成的各类风险基础上，从推动开发平替、实施技术监管、完善法律法规等方面实现ChatGPT与高校思想政治教育的有机结合，进而推动高校思想政治教育数字化转型。

关键词：
ChatGPT
人工智能
平台数字化
思想政治教育
高校
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随着我国不断加大对低渗透、超低渗透油田及页岩油的开发，斜井、水平井等日渐增多[1]，作业用连续油管长度也在不断增加，生产油管用钢带长度及钢带对接头的数量也在对应的增加,这就对钢带对接头的焊接质量和生产效率提出更高的要求。而在工业生产和油田现场作业中，连续油管偶尔出现钢带对接对头处的焊缝缺陷，会造成整盘油管失效事故。

传统的连续油管钢带焊接平台数字化、自动化程度低[2]，使用过程中出现焊接平台夹紧力不足、焊枪行走机构精度差、焊接控制系统输出功率不稳定、无法实时观察熔池变化等问题，造成错边、咬边、焊偏、气孔、焊接变形等缺欠和缺陷[3]，尤其是CT110以上高钢级钢带对焊生产中效率低下，焊缝一次通过率低等问题。

为解决上述问题，设计了一款数字化等离子焊接平台，配备高效的等离子焊枪，具有电弧能量集中、穿透能力强、焊接熔深大、热影响区窄等优点[4-5]；同时将伺服控制、熔池监控、焊缝自动焊接定位装置等应用于该平台，使用效果良好。

1、传统等离子焊接平台的特点

传统等离子焊接平台结构简单，数字化、自动化程度低[6]，由组对台、电驱小车、焊枪、模拟控制系统组成，使用过程中主要存在四方面问题：①对接钢带无法精确就位在焊接平台正中心，焊接过程中需要人工实时修正焊枪，易造成焊偏等缺陷；②人工采用焊帽观察熔池及焊丝等情况[7]，使用过程中调整修正存在一定的滞后性；③夹具压紧力小，不能彻底消除对头处错边、咬边等问题；④钢带对接焊缝在制管机组成型后，焊缝缺陷频发。焊接接头缺陷如下图1所示。

图1 焊接接头缺陷照片

2、数字化等离子焊接系统的设计和组成

2.1 设计思路

为解决传统等离子焊接平台在连续管钢带对接中出现的缺陷，提升产品质量，减少焊接操作对质量的影响，亟需设计一款可靠稳定的数字化等离子焊接系统。考虑到该系统主要用于低碳微合金和高合金钢带的组对焊接，结合等离子电源的特性，选用直流等离子焊接电源[8]。该系统由焊缝组对平台、等离子焊枪及控制系统、熔池监控装置、焊缝自动焊接定位装置、气体控制装置等组成。具体设计思路如下。

(1）设计新型的焊接平台液压夹紧装置，将夹紧力由50 N提高到500 N确保先行钢带的尾部及后行钢带的头部夹紧，解决焊接错边问题。

(2）设计焊枪控制系统，按照PLC自动控制程序，控制焊枪的工作流程。

(3）设计熔池监控装置，解决实时观察熔池的问题。

(4）设计焊机自动定位装置，据两点直线原理设计的轨迹拟合自动焊接系统，通过焊缝上的两点定位进行自动焊接，确保等离子弧始终位于焊缝的正上方，解决焊偏问题。

(5）设计气体保护装置，提供焊后保护气和背部保护气，解决低碳微合金、高合金钢带的焊缝焊接氧化问题。

2.2 焊缝组对平台的设计

焊缝组对平台由一体式液压夹具、横梁平台、进出接料装置、对中装置、气路系统、送丝机构等组成。机座具有足够刚性以承受夹紧力，机床配有水冷衬条，背部留有保护气进气接口，可以满足宽度1 000 mm以下、厚度8 mm以下钢板的拼缝组对焊接，其中夹紧装置采用同步液压缸夹紧，最大夹紧力可达到500 N，可以根据材质、厚度的不同，选用不同的夹紧力，有效消除焊接过程中的焊接变形问题，图2所示为焊缝组对平台示意图。

图2 焊缝组对平台示意图

2.3 等离子焊枪及控制系统的设计

2.3.1 焊枪的设计

焊枪是等离子焊接中最重要的组成元件，通过焊枪产生高能量密度等离子电弧，实现稳定可靠的焊接[9]。焊枪针对8 mm以下薄板焊接设计，通过对头处预留缝隙，实现小孔型等离子弧焊，在不开坡口的情况下，一次可实现单面焊双面成型，大大减少了焊前准备，保证了焊接质量，提高了焊接效率[10]。

该焊枪输出能量密度最高为1 200 kW/cm2；电弧输出稳定高效，热影响区小，焊接变形小，焊接速度快；扩散角和挺直度好[10]；离子弧具有良好的可控性和调节性。钨极与喷嘴同心度好，内缩量可以自由调节，配备多规格的钨极和喷嘴，满足不同材质、不同钢级、不同厚度板材的对头焊接，能够获得良好的等离子焊接质量[11]。

焊枪额定输出电流450 A，钨极最大规格为Φ4.8 mm，焊接过程电弧输出持续稳定，根据钢带厚度的不同，在钢带对接处预留0.1～0.15 mm的缝隙，等离子电弧可产生稳定的小孔效应，成功解决了8 mm以下厚度、CT110以上钢级钢板无需开坡口焊接，实现高效稳定的单面焊双面成型。等离子焊枪结构如图3所示。

图3 等离子焊枪结构图

2.3.2 PAW焊接控制系统的设计

控制系统是数字化焊接系统的重要组成单元，支持PAW、TIG、MIG等多种焊接工艺。系统选用PLC为主控单元、HMI为人机交互界面[12]，具有通讯、程序管理、参数设定、监控界面、手工界面和报警界面等8个界面功能。

图4为焊接控制系统界面，系统可显示当前正在使用的程序信息，还包括程序新建、查询、调用、删除、存储等功能。可将所有钢级、不同厚度钢板的焊接参数输入系统，根据生产需要调用、调整，有效提高生产效率，减少因工作失误造成的参数错误；具备开机自检功能，彻底解决简易焊接平台烧坏喷嘴、损坏焊枪的问题；显示和编辑方便，满足灵活调整焊接参数；外配备自检和报警功能，清楚显示报警部位和报警原因，降低了故障的发生[13]。

图4 焊接控制系统界面图

2.4 熔池监控装置的设计

设计用于PAW焊接的熔池监控装置，可实时监测焊接前、焊接过程中熔池情况，代替用手持焊接面罩进行熔池观察，减轻了操作人员劳动强度。

装置选用彩色1英寸COMS相机，COMS相机具有视野广阔，放大倍数大等优点[14]，可观察1 m范围内的物体，动态范围高达160 dB以上，可以清晰观察熔池、焊丝熔化变化，画面不受电弧光的影响。熔池监控工作原理如图5所示。

图5 熔池监控装置原理图

2.5 自动焊接定位装置的设计

为减少焊接人员对焊接定位的影响，在焊接控制系统的基础上嵌入自动焊接定位装置，装置根据线性代数两点确定一条直线的原理设计。焊接准备阶段，通过激光点和配套系统锁定目标焊缝上的两点，启动焊接系统后，焊枪按照自动定位装置模拟的轨迹完成自动焊接，彻底消除了焊枪行走线路和目标焊缝两线不重合造成的焊偏、咬边等问题。其工作原理如图6所示。

图7为实操钢带1和钢带2对缝自动定位图，通过自动焊接定位装置任意锁定目标点A和点B（对应图6焊接定位系统原理图上的A点和B点），通过直线AB向两侧延伸到引熄弧板1和引熄弧板2上，锁定最终焊接轨迹（焊枪行走路线），实现高效精准焊接。

图6 焊接定位系统原理图

图7 焊接定位实物图

2.6 气体控制装置设计

在钢带组对焊接过程中，气体控制装置分别供给焊枪等离子气、熔池保护气、焊后保护气、背部保护气四路，每路气体由氩气汇流排提供，通过数字式气体流量计控制气体流量输出，具体设计原理如图8所示。

该气体控制装置可根据焊接材质不同、板材厚度的不同，分别单独调整四路气体的压力和流量。该装置操作调整简单，控制精度高（0.01 L/min），可根据不同钢级、厚度、材质选用不同流量的等离子气和保护气体，还可以分焊接阶段，控制预融流量、焊接流量、焊后衰减流量及各阶段流量的开启与结束时间，完美代替了传统浮子流量计调节精度差，观察不直观等问题。另外可根据生产需要设置气体流量报警上限和报警下限，有效降低劳动强度。

图8 气体控制装置原理图

3、数字化等离子焊接系统的应用

2023年，新系统已成功应用于某管厂，目前已完成从CT70～CT150钢级，约1.5万t低碳微合金钢带的在线对接；系统投用以来，未出现由于钢带对焊头失效造成的连续油管质量问题；同时焊接缺陷少，可焊材料多，焊接质量高等优点[15]。

使用传统焊接平台，每班月对接钢带约410 t，平均对接钢带接头99个，但对超高强度和硬度的CT110钢级及以上钢级的对头焊缝一次通过率约87%，低于平均标准；采用数字化等离子焊接系统后，每班月对接钢带约475 t，平均对接钢带接头114个，CT110及以上钢级对接接头焊缝一次通过率提高至95%;CT110及以上钢级钢带对接接头区域的镰刀弯由每1 m不超过3 mm减少为每1 m不超过1.5 mm;CT110钢级5.2 mm厚钢带对头的平均错边量提升一半以上。如图9所示，1#试样在传统平台焊接，焊偏量（（A-B）/2)0.24 mm，满足标准要求；2#试样在数字化平台焊接，焊偏量0.11 mm，远高于内控标准要求。

图9 钢带对接接头金相照片

通过实践应用，该系统不仅成功解决了焊接平台压紧力小、焊接过程中人工修正焊枪轨迹造成的错边咬边、焊缝扭曲变形问题，还同时解决了在制管过程中出现的焊缝开裂等质量问题。

目前，该设备已成功应用于高合金对焊材料，如200不锈钢、2205双相不锈钢、304和316L系列奥氏体不锈钢带的对焊；同时解决了钛合金（TA18）焊接中的焊缝表面氧化严重的问题，图10为不同试验平台焊接的钛合金（TA18）试样，图10(a）为传统焊接平台焊接1#试样，焊缝表面氧化严重；图10(b）为内数字化等离子焊接平台焊接2#试样，由于可以分阶段精确控制离子气、焊接保护气体的流量，因此焊缝表面较光滑，氧化层较少。对焊接后的试样选用5T板厚的弯心直径进行弯曲试验，结果如图11所示，可见，1#试样弯曲后焊缝与热影响区出现明显裂纹；2#试样未发现明显裂纹。从而说明数字化等离子焊接平台优于传统焊接平台。

图1 0 钛合金（TA18）对接焊缝试样

图1 1 钛合金（TA18）弯曲试样

4、结论

(1）数字化等离子焊接系统通过提升焊接平台夹紧力、改进气体控制装置，增加自动焊接定位装置，解决了传统焊接平台夹紧力不足、数字化水平低、参数设置调整复杂、等离子气与保护气无法精确调节、无法实时观察焊接熔池、焊枪行走轨迹与焊缝存在偏差等问题。

(2）数字化等离子焊接系统投用后，每班月生产能力从410 t提升至475 t以上，生产效率提升15%;CT110以上钢级对接焊缝一次通过率从87%提高至95%，提高8%左右，每年产生经济效益约一百万元。

(3）数字化等离子焊接系统的设计及应用，不仅成功替代了传统的焊接平台，而且提高了生产效率及焊缝一次通过率，有效解决了连续管钢带对焊过程出现的缺陷，为油田的勘探开发提供优质的连续管产品奠定了基础。

参考文献:

[1]刘耀民,孙文盛,鲜林云.敷缆连续管在油田电潜泵采油技术中的应用[J].焊管,2022,45(3):61-64.

[2]窦晓尧.等离子焊接设备及控制研究[J].河南科技,2015,578(24):39-41.

[3]姜焕中.焊接方法与设备[M].北京:北京机械工业出版社,1982.

[4]曹润平,王克勇.不锈钢等离子弧焊焊接技术及其应用[J].包头职业技术学院学报,2019,20(1):4-8.

[5]孙严.等离子焊接系统在不锈钢拼板焊接中的应用[J].中国化工装备,2016,18(1):20-22,29.