北京工業大學機電學院機械工程導師介紹：陳樹君

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陳樹君教授，男，1971年5月生于黑龍江省雙城市，1990年考入哈爾濱工業大學焊接工藝及設備專業攻讀學士、碩士和博士學位，博士論文題目為《弧焊逆變電源的軟開關變換與諧波抑制》，（導師殷樹言教授）；1999年8月進入北京工業大學機械設計及理論博士后流動站從事博士后研究工作，2001年留校任教并評定副教授職稱，2006年評定教授職稱，2010年獲博導資格。

教育工作經歷：

1994年，哈爾濱工業大學焊接工藝及設備專業本科畢業

1996年，哈爾濱工業大學材料加工工程專業碩士畢業

1999年，哈爾濱工業大學材料加工工程專業博士畢業

2001年，北京工業大學機械設計及理論博士后出站留校，聘任副教授

2003年，北京工業大學機電學院焊接技術研究所副所長，北京焊接設備研究與開發中心副主任

2006年，北京工業大學機械電子工程學科聘任教授，

2007年，教育部汽車結構件工程研究中心副主任

2010年，北京工業大學機械電子工程學科博士生導師

學術兼職：

1.中國電氣工業學會電焊機專業委員會副主任

2.中國電器工業協會電焊機分會常務理事

3.中國焊接學會熔焊工藝及設備專業委員會委員

4.全國電焊機標準化委員會委員

5.全國石油化工學會電氣技術專業委員會委員

6.中國焊接協會教育與培訓工作委員會秘書長

獲得榮譽：

1、2001年系列逆變焊接設備開發獲得北京市金橋工程項目獎一等獎（排名1）

2、2002年北京市科技新星榮譽稱號

3、2003年北京市優秀青年工程師

4、2004年電弧火箭推進技術獲得國防科學技術獎三等獎（排名3）

5、2005年高熔敷率磁控焊接技術獲得第十五屆全國發明博覽會金獎（排名2）

6、2006年入選北京市中青年骨干教師培養計劃

7、2007年新一代xxxx鋁合金變極性等離子弧焊設備與工藝技術國防科學技術進步獎叁等排名5

8、2007年VPTIG焊接電弧物理及工藝研究中國造船工程學會科學技術獎叁等排名2

9、2008年變極性等離子焊接工藝與裝備技術獲得北京工業大學優秀學術成果獎（排名1）

10、2010年中國電工技術學會第六屆理事會先進工作者先進工作者

11、2010年入選服務北京創新人才培養計劃

12、2011年入選北京工業大學第一批京華人才培養計劃

13、2012年項目“天宮一號實驗艙精密成型與高可靠自動焊接技術”獲軍隊科技進步獎二等獎

14、2013年項目“船舶高效節能電弧焊關鍵技術研究及應用”獲中國機械工業科學技術獎二等獎

15、2013年入選北京市“長城學者”計劃

主要教學經歷：

1、2001年在材料學院主講“材料科學計算機應用”課程，參加校教學科研立項課題，將和計算機應用有關的專業基礎課和專業實踐課完全打通，組織5人授課小組，集體授課，分工合作，取得良好教學效果，獲得北京工業大學優秀教學成果。

2、2004年主管機電學院焊接研究所的教學工作，建立了“3門必修、8門選修”、“以電為主、機電結合”的本科生專業課程教學體系；

3、2004年度起講授本科生專業課程“電力電子技術”課程，為改善教學效果，與相關課程“現代電源”采用“滾動授課”嘗試，取得良好效果。

4、2005年起主講碩士學位基礎課“過程控制與機器人應用”、“焊接電弧行為及控制”，開設“電力電子系統中的電磁兼容”、“電力電子系統設計”碩士研究生選修課

5、到目前為止，指導博士生2人，碩士生30人（畢業18人），工程碩士8人（畢業4人）。另外協助本學科責任教授協助指導博士8人，指導的碩士研究生有4人獲得優秀碩士論文。

主要科研經歷：

從事的科研工作主要集中在高效焊接工藝和焊接過程質量控制、逆變電源的設計與開發、電焊機的電磁兼容設計與測試等幾個方面。

承擔過3項國家自然科學基金：一是鋁合金變極性等離子弧焊接穿孔熔池穩定性（No:50775003、負責人）、二是旋轉磁場下的電弧特性與熔滴過渡機制（No:50205001、負責人）、三是大功率變負載條件下的弧焊逆變電源的綠色化設計（No:50075003、排名2）；1項北京市基金重點項目：材料電加工設備的諧波抑制技術（No:3001001、排名2）、北京市科技攻關、科技成果轉化等及其它若干項企事業委托科研開發課題，并于2002年獲得“北京市科技新星(B類)”榮譽稱號和課題資助，2003年獲北京市金橋工程一等獎（排名1）和北京市優秀青年工程師稱號，2004年獲國防科學技術三等獎(排名3)，2005年所申報專利獲得全國發明博覽會金獎（排名2），2006年獲北京市中青年骨干教師稱號，2007年獲得國防科學技術進步三等獎和中國船舶工業科技進步三等獎。發表論文70余篇，授權發明專利12項，參編書籍3部。

研究方向一：逆變電源的設計與開發

逆變焊接電源的推廣應用為焊接設備的發展帶來了革命性的變化，與傳統工頻焊接電源相比節能20—30%，效率可達到80—90%，整機重量減小到1/5—1/10,特別的，逆變焊接電源的動態響應速度快，比傳統工頻電源提高2—3個數量級，有利于實現焊接過程的自動化和智能化控制。

請人從本科畢業設計起就師從殷樹言教授，十幾年來一直從事逆變焊接電源技術的研究，開發出ZX7、WSM和WSE系列逆變焊機，并已經多次進行過技術轉讓，接受技術的廠家創造經濟效益千萬元以上，獲得北京市金橋工程一等獎。焊接電源是焊接工藝的載體，申請人一直以對焊接電弧物理的專業理解為優勢，進行各種逆變焊機的研究與開發。

在管道全位置焊接工藝的研究中，針對“纖維素焊條手工立向下打底焊”焊接工藝，提出并實現了多斜率外特性工藝控制方案，可靠地實現了打底焊的單面焊雙面成形；針對“氣體保護自動焊打底”焊接工藝，提出并實現了“短路、燃弧能量自適應控制”的工藝控制方案，通過串聯接入一個能量控制器，提高了自動打底焊接的效率和質量，研制的樣機在西氣東輸現場進行了中試驗收。專家組驗收意見為：“在管道焊接技術上有重大突破”，并“建議盡快進行工業應用試驗，并實施成果的產業化。”。

針對航天領域變極性TIG焊鋁工藝，承擔北京市教委科技發展項目（KM20051005021），提出并實現了電流脈沖穩弧方案，可靠解決了鋁焊時交流電弧的穩定性問題，電源樣機已經成功的用到了航天系統新型運載火箭的模擬件的焊接工作中。

與北京航空航天大學等單位合作完成了國防基礎科研項目（No：K1201060711）和國家自然科學基金（No：50086001），研制了具有正阻特性的電弧等離子發動機電源，使其達到了高電壓工作模式，保證了發動機的可靠點火和工作穩定性。該項目獲得國防科學技術獎三等獎（見附件），電源部分成果還申報了國防發明專利，目前正在參與“電弧推進系統工程樣機的研制”民用航天項目，承擔電弧等離子體發動機能量處理系統的開發任務。

近期，在大功率逆變焊接電源研究方面，申報了“零電壓零電流軟開關弧焊逆變電源的控制電路No：200810105402.2”和“一種逆變埋弧焊電源主電路拓撲結構No：200810057381.1”兩項發明專利，采用串并聯混合拓撲結構，實現了單模塊1250A的焊接電流輸出，擬在電解、電鍍和電加熱領域推廣應用。

研究方向二：電焊機的電磁兼容技術

逆變焊接電源具有熱效率高、節能、成形好、控制精度高、體積小及重量輕等優點，有極其廣闊的發展前景，是焊接電源的發展方向。可是逆變焊接電源對環境的電磁污染嚴重制約了逆變焊接電源的發展，弧焊設備會對電網造成傳導性電磁騷擾和對空間的輻射性電磁騷擾。

申請人從博士期間就開始從事在電焊機的電磁兼容性研究工作，針對焊接電源電網輸入電流諧波問題，在國家自然科學基金（No：50075003）和北京市基金重點項目（No：3001001）資助下，首先將環境保護思想引入逆變焊接電源的設計中，提出“綠色焊接電源”的概念并研制出樣機，并且局部技術已經轉讓給給北京時代集團公司等電焊機企業。主要創新貢獻有

1）用可飽和諧振電感解決了軟開關電路的占空比損失和諧振的負載范圍問題，使軟開關技術適合于負載狀況大范圍波動的焊接電源應用；

2）提出了一種交流升壓方式的三相功率因數校正電路拓撲（專利號200420112233.2）；

3)為解決材料電加工設備的負載特性（如電弧類快速瞬變的強非線性負載）對諧波抑制電路性能的影響，采用數字信號處理處理技術保證相量識別的快速性和準確性，并實現了基于能量平衡理論諧波抑制控制的全數字化設計，協助指導2名博士生分別進行全數字控制的可控整流、并聯有源濾波技術的研究（已畢業）。

以上述科研工作為基礎，又獲得了北京市科技新星項目“機器人焊接系統傳導型電磁干擾抑制技術（H020821230120）”和國家科技部項目“綠色環保逆變焊接電源診斷技術研究(No：2003EG119072)”的資助。

為了盡快與國際接軌，2004年起與“國家電焊機質量監督檢驗中心”建立了“電焊機電磁兼容聯合實驗室”，聯合進行我國電焊機電磁兼容性水平摸底測試和國際電焊機電磁兼容性標準IEC60974-10的國家標準轉化工作。經過大量測試對比，發現國產電焊機與進口焊機尚有較大的差距，尤其是在電磁騷擾發射上，國產焊機的通過率遠遠低于進口焊機。而在電磁抗擾度性能上，由于電焊機本身的工作電磁環境比較惡劣，在正常工作時就要承受較大的外部干擾，國內外焊機的性能相差不大，國內焊機的抗擾度試驗通過率在95％以上。通過在各種焊接學術會議做主題報告，建議國內各電焊機廠商在設計過程中應該對諧波電流發射和傳導騷擾發射加以抑制，這樣才能使焊機易于達到標準要求。

近期，以申請人作為第一起草人，北京工業大學作為第一起草單位，正在組織我國的電焊機電磁兼容性要求國家強制標準GB15579.10的制定和宣貫工作。

研究方向三：特種焊接技術

焊接過程的本質是一種傳熱、傳質和傳力的過程，而各種電弧焊工藝都是不同的熱、質、力傳遞過程的組合，而這種組合又必須保證焊接過程和焊接質量穩定。目前成熟的弧焊工藝，其傳熱、傳質和傳力都有一個相對固定的搭配關系，這也必然決定了每一種焊接方法都有其合理的應用范圍。為了提高焊接產品的質量和效率，無外乎如下幾種方式：

一是在原有焊接工藝方法上挖掘潛力，通過改善焊接電源的能量輸出方式，拓寬傳熱、傳質和傳力的搭配范圍。如針對航天系統鋁合金焊接，將數字化的脈沖調制變極性雙逆變式等離子電源設計和等離子弧焊接工藝理論相結合，實現了脈沖調制變極性等離子弧穿孔立焊工藝，成功實現航天產品常用的3—8mm鋁合金的焊接。

針對航天系統鋁合金焊接，將數字化的脈沖調制變極性雙逆變式等離子電源設計和等離子弧焊接工藝理論相結合，解決了雙弧干涉、力熱參數匹配、起弧收孔三項技術難題，可靠的實現了脈沖調制變極性等離子弧鋁焊穿孔熔池穩定性（國家自然科學基金項目No:50775003），并獲得國防科技進步三等獎（見附件）。采用現場總線控制技術，通過控制焊接電流、等離子氣的變化速率，調整填絲機動作和焊炬移動，配合焊接熔池圖像監測系統，實現“宏觀編程、微觀自主”的程序控制（北京市科技攻關項目Z08010402140802）。候選人以北京工業大學自主研制的VPPA-300型等離子焊接電源為核心，開發了具有自主知識產權的立式縱縫和環縫焊接機床系統，突破了變極性等離子縱縫、環縫焊接工藝及裝備關鍵技術，開發了大型薄壁殼體結構變極性等離子穿孔立焊專用焊接裝備，成功完成了天宮一號主結構的焊接制造，為我國空間交會對接試驗的順利實施作出了貢獻。“天宮一號”首發成功，“神舟八號”飛船與“天宮一號”成功對接并順利返回。載人航天總體部會同北京衛星制造廠專門派代表向北京工業大學贈送了“保對接攜手同心，征天宇共創輝煌”的錦旗，為北京工業大學在我國載人航天工程中的貢獻表示感謝（見附件）！

二是采用外場作用的焊接方式，通過附加磁場控制而開發出磁控高效MAG焊工藝，在縱向磁場控制焊接電弧（專利號：ZL02116241.7）的基礎上，首次提出并實現了采用旋轉磁場對焊接電弧的控制，利用“內疏外密”的磁場的旋轉帶動電弧進行旋轉，從而實現穩定的旋轉射流過渡模式，焊接熔敷可提高3-5倍，目前又獲權了1項發明專利（200410086897.0）和1項實用新型（200620023178.9）（國家自然科學基金No：50205001）。

目前正在開展電極振動與電流波形互相調制的GTAW工藝，力爭解決鎂合金、鈦合金焊接過程中的粗晶問題。

三是采用同種和異種工藝的組合，如激光與電弧進行復合的Laser-Hybird工藝、兩個熔化極電弧復合的TANDEM雙絲工藝、將兩個電弧分置于工件兩面的雙面雙弧工藝。

目前申請人提出一種多電極單電弧工藝，電弧在3個（或3個以上）的電極間同時放電，與傳統的多電極電弧不同，工件可以接也可以不接焊接電源、焊接電極（焊絲或鎢極）可以放在工件的同側也可以放在工件兩側，在原理上可能實現傳熱、傳質和傳力的自由組合，目前正在申報國家發明專利，正在進行多輸出極的焊接電源主電路拓撲設計和以多電極電弧穩定為目標的多輸入多輸出控制系統設計的研究工作。

四是采用全新概念的焊接工藝，與傳統焊接加工熱源輸入方式相反，申請人提出并實現了一種基于連續不均勻散熱的電阻對焊工藝，成功實現航天關鍵零件空芯金屬O型密封環的焊接，并申報了發明專利（200810225004.4和200820123173.2）。

目前正在開展管路異種材料的電磁脈沖焊接工藝和超高強鋼的電伺服點焊及其與激光的復合焊接工藝研究，正在參與高檔數控機床與基礎制造裝備專項近凈成形共性技術的研究工作。

目前正在承擔的主要科研任務

近五年重要論著

近五年授權發明專利及轉讓情況

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