2002年12月2日，在王宝教授与汉诺威大学D.Rehfeldt教授的合作研究基础上，华北工学院（中北大学前身）与德国汉诺威大学“材料连接*焊接工艺*研究中心”共同筹建了中德合作焊接研究中心（图1）；并逐渐发展和拓宽研究方向，成为现在的中北大学焊接研究中心。
图1 中北大学（原华北工学院）焊接中心成立
近年来在焊接电弧物理、焊接材料的工艺性评价、焊接电弧光谱辐射理论、焊接过程监测和控制等方面开展了系列研究工作，并进行了推广应用。研究中心承担和完成国家自然科学基金、山西省自然科学基金、中德合作项目、留学回国人员项目等近二十项，同时还与武汉铁锚、三英公司等企业开展合作研究。近年来发表科研论文80余篇，其中SCI、EI收录40余篇。出版学术著作4部，出版教材6部，申请和授权发明专利6项。形成定型产品和应用软件4项，其中焊接材料工艺性评价系统在多家单位得到推广应用。
目前中心人员组成：
李志勇教授，博士生导师。山西省优秀青年学术带头人，中国焊接学会熔焊工艺及设备委员会委员，山西省焊接学会理事。
王宝教授，曾任太原理工大学焊接研究所所长、材料系主任、中德培训中心主任。国家科技进步二等奖获得者。国内焊接材料领域知名专家。
张英乔副教授。宋丽高级实验师。丁京滨高级工程师。刘富强副教授，本中心目前已毕业研究生近30人，在读博士1人，硕士12人。
近年来在焊接电弧物理、焊接材料的工艺性评价、焊接电弧光谱辐射理论、焊接过程监测和控制等方面开展了系列研究工作，并进行了推广应用。研究中心承担和完成国家自然科学基金、山西省自然科学基金、中德合作项目、留学回国人员项目等近二十项，同时还与武汉铁锚、三英公司等企业开展合作研究。近年来发表科研论文80余篇，其中SCI、EI收录40余篇。出版学术著作4部，申请和授权发明专利6项。形成定型产品和应用软件3项，其中焊接材料工艺性评价系统在多家单位得到推广应用。
一、焊接电弧物理及焊接材料工艺性评价
中北大学焊接研究中心结合前期研究基础，集中了我国近20多年来在焊接电弧物理及焊接材料研究上的优秀成果，并引进德国汉诺威大学在焊接物理和计算机控制系统研究成果，开展电弧物理及焊接材料和工艺应用研究。中德双方合作开展了“焊接材料工艺质量分析与评估”课题的研究，该项目是以长期积累的焊接电弧物理研究成果为基础，针对各大类焊条和焊丝等不同种类焊接材料的电弧物理特性，以汉诺威分析仪为手段，经过进一步的应用开发，提出了四大类焊条、多种药芯和实芯焊丝焊接工艺性评价判据，建立了焊接材料工艺性评价指标体系，提出了焊接材料稳定性分析和评价的新方法，从而使焊接材料工艺性由依靠人的直接经验和定性评估，提高到以数据信息为基础定量评价的科学层面上来，并开发了“焊条材料工艺质量分析与评价系统”操作软件，改变了焊接材料工艺性完全依靠操作人员定性经验评估的现状。该成果是对焊接材料工艺质量测试技术的突破。
2006年6月11日，由哈尔滨焊接研究所林尚扬院士主持，唐伯钢教授级高工等多位资深焊接专家对项目进行了鉴定（图2），对其以高度评价：该技术成果为用户选择和评价焊接材料工艺性能提供了一种快速而有效的手段；为制定焊接材料一些重要工艺性的评价标准奠定了基础。应用前景广阔。该研究成果达到了国际先进水平。
近年来中北大学焊接研究中心在这一研究领域发表学术论文40余篇，2013年5月由机械工业社出版《焊接电弧现象与焊接材料工艺性》专著，在前2部专著的基础上，进一步系统地总结这一理论和应用成果。并开展了系统的应用推广工作，与三英公司、武汉铁锚等多家企业开展合作研究，并多次举办了全国焊接材料工艺性评价培训班，大桥焊材集团有限公司，四川大西洋焊接材料股份有限公司等20余家企业的工程技术人员参加过培训。
二、焊接等离子体光谱辐射理论及其在焊接监测方面的研究
中北大学焊接研究中心近年来在焊接等离子体光谱辐射方面，开展了系列研究工作。系统分析和研究了GTAW焊、MIG焊、CO2气体保护焊、药芯焊丝气体保护焊辐射等离子体光谱的频域、时域、空域分布。并开发了多信息同步全谱诊断系统，为光谱信息在焊接过程监测方面的应用研究奠定了研究基础。目前开展的应用研究主要包括：
1）基于特征元素发射光谱的GTAW焊接质量判识
基于不同参数下GTAW辐射光谱信息研究，干扰因素下GTAW电弧辐射波动特点分析等系列研究工作。中北大学焊接研究中心针对GTAW焊接质量的在线光谱诊断，提出了基于特征元素谱线的检测方法。与目前广泛采用的电子温度法不同，本方法不仅可以对焊接缺陷进行判识，而且还可以根据特征元素信息对引起缺陷的因素进行分析。图3为特征元素发射光谱法的原理图，可以看到，特征谱段具有很好的焊接过程特征信号。该方法可用于GTAW焊的在线缺陷检测，对于热丝TIG焊等自动化优质高效焊接方法的可靠应用，具有很大工业价值。
2）电弧辐射光谱二次选频方法判识GMAW焊接质量
二次选频法通过对GMAW焊接电弧光谱信息进行二次选频，即：1）通过特定谱段的选取来获得有效焊接过程信息，2）通过信号频率滤波来去除噪声信息。经过二次选频后，获得的信号品质得到较大提高。可以通过设定阈值来便捷判识焊接质量，满足在线检测和控制的要求。该方法无论在信噪比，还是信息量上，都比目前在工业上应用的其他在线检测方法具有优势。图4为二次选频的工作原理图。该方法已经申请了国家发明专利，通过进一步应用开发，即可用于弧焊机器人等自动化GMAW焊的在线缺陷检测，具有较大工业应用前景。
3）激光-电弧复合焊接等离子体的光谱监测
中北大学焊接研究中心与哈尔滨焊接研究所、天津大学等单位开展合作研究，对激光-电弧复合焊等离子体的能量分布进行了研究，研究采用空间光谱采集方法，有效获取了等离子体空间的能量分布状态。激光作为先导热源与电弧复合，焊炬与试板呈60°夹角。图5为通过光谱信息，获取的GMAW电弧及复合焊等离子体的能量分布。激光加入改变了等离子体的能量分布，是能量更集中作用于被焊板件，获得了优化的耦合效果。激光-电弧复合焊接等离子体光谱诊断的相关研究，丰富了焊接等离子体光谱理论基础，为激光-电弧复合焊参数优化，耦合机理分析，提供了实验和理论依据。
4）基于光谱的药芯焊丝的环境性和工艺性评价研究
药芯焊丝的环境影响以及其工艺性评价，
一直是药芯焊丝研究的主要问题。如何采用便捷、可靠的方法，实现其环境影响和工艺性的快速评价，是亟待解决的关键问题。中北大学焊接研究中心针对此，开展了相关研究工作。通过对辐射的光谱信息进行分析，采用特征环境影响元素的谱线的强度作为评价方法，评价其环境影响。采用光谱信息与电信号的相关线性度，作为其工艺性的评价方法。
近年来中北大学焊接研究中心在这一研究领域承担科研课题多项，发表SCI、EI收录学术论文30余篇，申请发明专利3项，出版专著1部。同时，该方向研究已开发了专用的焊接光信息传感器和在线检测系统，可以为工业应用和研究者提供技术服务。
除了上述两个国定的应用基础研究方向之外，近年来研究中心还注重与工业应用的结合，与企业、研究所、学校等进行合作，申请发明专利3项，形成了多项能够工业应用的产品。如：焊接材料工艺性评价系统、焊接光信息传感和检测系统、焊缝红外成像产品、焊接操作评价系统、焊接烟尘快速检测技术、焊道激光跟踪系统等。欢迎相关企业和应用单位洽谈合作。
