李明智

[摘?????????? 要]? 焊工工藝課是中等職業(yè)學(xué)校機(jī)械類焊接專業(yè)必修的一門專業(yè)核心課，它的內(nèi)容涵蓋了焊接原理、安全生產(chǎn)防護(hù)知識、焊條、焊接電源、焊接化學(xué)冶金、焊接應(yīng)力與變形、常用金屬材料的焊接及焊接缺陷與檢驗(yàn)等多方面內(nèi)容，有的出版社出版的教材又稱融焊工藝課，作為熱加工工藝的一門課程，簡要闡述如何教好這門課程，焊接專業(yè)的教師在實(shí)際教學(xué)中可以作為一個(gè)借鑒。

[關(guān)??? 鍵?? 詞]? 焊接工藝;金屬材料與熱處理;虛擬焊接;微課

[中圖分類號]? G712?????? ?????????? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A???????? ????? [文章編號]? 2096-0603（2019）08-0072-02

焊工工藝課是中等職業(yè)學(xué)校機(jī)械類焊接專業(yè)必修的一門專業(yè)核心課，它的內(nèi)容涵蓋了焊接原理、安全生產(chǎn)防護(hù)知識、焊條、焊接電源、焊接化學(xué)冶金、焊接應(yīng)力與變形、常用金屬材料的焊接及焊接缺陷與檢驗(yàn)等多方面內(nèi)容。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生掌握起來有很大難度，部分年輕教師在教學(xué)中也存在一些困惑，對如何教好這門課程，不知從何下手，本人結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)以下三方面的經(jīng)驗(yàn)，即加強(qiáng)企業(yè)實(shí)踐、知識的融會貫通、充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段等提升教學(xué)效果。

一、知識的融會貫通

焊工工藝涉及化學(xué)、力學(xué)、金屬材料與熱處理等多門基礎(chǔ)學(xué)科的知識，而目前就讀中職學(xué)校的學(xué)生大多文化基礎(chǔ)較差，更談不上對知識的綜合運(yùn)用能力。下面主要就化學(xué)、力學(xué)、金屬材料等幾個(gè)學(xué)科的知識在焊接工藝中的運(yùn)用作一簡單說明。

（一）化學(xué)方面相關(guān)知識

化學(xué)方面的知識在焊工工藝中主要涉及焊接安全生產(chǎn)的易燃、易爆和焊接化學(xué)冶金方面的知識，重點(diǎn)是焊接化學(xué)冶金知識，現(xiàn)淺析如下。

焊接化學(xué)冶金過程是焊接區(qū)中各種物質(zhì)（熔化金屬、熔渣、氣體）之間在高溫下相互作用的過程。焊接區(qū)的有害元素主要有O、H、N、S、P等。

1.氧對焊接質(zhì)量的影響

燒損有益元素，降低焊縫的力學(xué)性能、產(chǎn)生氣孔、產(chǎn)生飛濺，影響焊接過程穩(wěn)定。

2.氫對焊接質(zhì)量的影響

形成氣孔，產(chǎn)生冷裂紋。

3.氮對焊接質(zhì)量的影響

形成氣孔，影響力學(xué)性能。

4.硫、磷對焊接質(zhì)量的影響

產(chǎn)生裂紋，降低焊縫金屬的力學(xué)性能。

焊接化學(xué)冶金過程就是脫氧，去氫，排氮，除硫、磷的過程。教師在講授這方面知識時(shí)，可以搜集有關(guān)氧化—還原反應(yīng)、置換反應(yīng)、中和反應(yīng)的知識，讓學(xué)生在理解這方面化學(xué)原理的基礎(chǔ)上掌握焊接化學(xué)冶金過程的知識。

（二）力學(xué)方面相關(guān)知識

焊接應(yīng)力與變形一直是焊工工藝教學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。焊接應(yīng)力與變形是焊接中不可避免的，其危害是焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力與變形，往往使焊接產(chǎn)品的質(zhì)量下降或使下一道工序無法順利進(jìn)行。因此我們必須找出它們產(chǎn)生的原因與規(guī)律，在實(shí)際生產(chǎn)中采取一定的工藝措施減小焊接應(yīng)力的危害。

學(xué)生在初中階段接觸到的力的概念是：力是物體之間的相互作用，其實(shí)質(zhì)是牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)上力的概念。而內(nèi)應(yīng)力的概念是：當(dāng)沒有外力存在時(shí)，物體內(nèi)部存在的應(yīng)力，這一論述，學(xué)生一時(shí)很難接受，覺得沒有別的物體的作用，怎么會有力產(chǎn)生呢？百思不得其解。為了便于學(xué)生理解，我們主要以熱應(yīng)力為主加以講解。從生活中的常識入手，裝入開水的普通玻璃杯，馬上再裝入冷水，就會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，為什么呢？分析如下：整個(gè)過程中，我們沒有摔打杯子，而杯子出現(xiàn)裂紋，說明一定存在著另外一種力，要不然不會出現(xiàn)裂紋，此時(shí)杯子沒有受到別的物體的作用，說明這個(gè)力是存在于杯子的內(nèi)部，也就是我們所說的內(nèi)應(yīng)力，是這個(gè)力使杯子產(chǎn)生裂紋。那這個(gè)力是怎么產(chǎn)生的呢？我們都知道物體熱脹冷縮的道理，通過分析，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們把玻璃杯中的開水倒掉，倒入冷水時(shí)，冷水與杯子的接觸是一個(gè)局部到整體的接觸過程，或者是先與杯底接觸，或是先與杯壁接觸，也就是局部先冷卻，溫度先降下來，而其他部位的溫度還很高，此時(shí)由于收縮不均勻，溫度低的部位收縮量大，溫度高的部位收縮量小，收縮量大的部位的收縮受到收縮小的部位的阻礙。這種不均勻的收縮產(chǎn)生了這個(gè)內(nèi)部應(yīng)力。通過這樣一個(gè)生活中的小例子，再引申到實(shí)際焊接環(huán)境中，焊接也是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻過程（熱源只是在局部進(jìn)行加熱），在這個(gè)過程中產(chǎn)生焊接應(yīng)力，由于力的分布不對稱，產(chǎn)生彎曲、波浪、扭曲等變形;加之材料、組織等方面因素的影響，產(chǎn)生焊接裂紋。通過這樣講解，學(xué)生既理解了內(nèi)應(yīng)力的概念，又對焊接變形、焊接裂紋的產(chǎn)生機(jī)理有了進(jìn)一步認(rèn)識。

（三）金屬材料與熱處理方面相關(guān)知識

焊工工藝作為一門熱加工學(xué)科，可以說金屬材料、熱處理的知識與它的聯(lián)系是最為緊密的。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.鐵碳相圖

碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼是焊接生產(chǎn)中經(jīng)常接觸的材料之一，（含碳量在低碳到中碳部分）也是焊接性較好的材料。焊縫的組織與性能對焊縫的質(zhì)量有重要影響。鐵碳合金相圖是在緩慢加熱（冷卻）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。

鐵碳相圖是在平衡狀態(tài)下得到的，盡管實(shí)際焊接環(huán)境冷卻速度要快得多，但我們可以通過鐵碳相圖估算焊縫金屬一次結(jié)晶、二次結(jié)晶的組織、熱影響區(qū)的組織，進(jìn)而分析其力學(xué)性能的變化，如強(qiáng)度、硬度、韌性等指標(biāo)的變化。隨著含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和韌性下降，碳鋼及低合金鋼的焊接性也變壞。因此，焊接時(shí)需采取預(yù)熱、后熱及焊后熱處理等工藝措施。

2.金屬學(xué)的知識

金屬材料在固態(tài)下一般均屬于多晶體，晶粒大小對金屬的力學(xué)性能有重要的影響。一般地說，在室溫下，細(xì)晶粒金屬具有較高的強(qiáng)度和韌性，為了保證焊縫的力學(xué)性能，我們經(jīng)常采用一些措施細(xì)化晶粒，如錘擊焊縫、變質(zhì)處理等，這些措施的依據(jù)就是取自金屬學(xué)的相關(guān)原理。如果焊接時(shí)熱輸入量過大（如電渣焊時(shí)），出現(xiàn)過熱組織，則需正火處理，以細(xì)化晶粒，保證焊縫金屬的力學(xué)性能。

3.熱處理的知識

工件和零件中存在內(nèi)應(yīng)力是十分有害的，前面在力學(xué)知識中，我們知道焊件中的內(nèi)應(yīng)力是產(chǎn)生焊接變形和裂紋的重要原因，因此我們經(jīng)常采用消除應(yīng)力退火的方法，即焊后將焊件整體或局部加熱到相變點(diǎn)以下某一溫度（一般為600～650℃），保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，從而消除焊接殘余應(yīng)力的方法。它的原理是，一般材料（碳鋼和低合金鋼）的力學(xué)性能與溫度有著十分緊密的聯(lián)系。消除應(yīng)力退火雖然加熱溫度在相變點(diǎn)以下，金屬未發(fā)生相變，但在此溫度下，其屈服點(diǎn)降低了，使內(nèi)部在殘余應(yīng)力的作用下產(chǎn)生一定的塑性變形，使應(yīng)力得以消除。

二、充分利用現(xiàn)代化培訓(xùn)設(shè)備及教學(xué)手段

（一）引入虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

傳統(tǒng)焊接實(shí)訓(xùn)一般全程采用實(shí)操訓(xùn)練模式，投入大、不環(huán)保、易發(fā)生安全事故。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各職業(yè)院校眾多專業(yè)都在積極探求一種安全、環(huán)保、高效的數(shù)字化實(shí)訓(xùn)模式，因此虛擬焊接綜合仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)已逐步進(jìn)入焊接專業(yè)實(shí)訓(xùn)中，它是傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)方法的重要補(bǔ)充。我國國內(nèi)的廠家已經(jīng)能制造出媲美國外的產(chǎn)品，虛擬綜合仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由教師機(jī)和學(xué)員機(jī)組成，是新一代通用節(jié)能、環(huán)保和焊接操作實(shí)訓(xùn)與考核系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于中、高職院校以及大型企業(yè)的培訓(xùn)中心等。該系統(tǒng)集分布式仿真技術(shù)、微機(jī)測控技術(shù)、聲音仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等尖端技術(shù)于一體，能夠模擬二氧化碳保護(hù)焊、手工電弧焊、氬弧焊三種焊機(jī)類型，其訓(xùn)練手感及訓(xùn)練效果與真實(shí)焊機(jī)保持一致，且不需要焊絲、焊條、工件、氣體和工業(yè)用電，不會產(chǎn)生煙塵，不存在安全隱患，并可長時(shí)間不停機(jī)連續(xù)使用，從而使教學(xué)與實(shí)訓(xùn)變得更加輕松與高效。

（二）打造互聯(lián)網(wǎng)思維，充分利用“微課”等新信息技術(shù)手段

2017年1月、2月，中國教育報(bào)、人民日報(bào)分別發(fā)表了職業(yè)教育如何步入“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代和融入“互聯(lián)網(wǎng)+”職業(yè)教育才有未來的文章，文章中從多個(gè)方面闡述了職業(yè)教育未來發(fā)展的方向。其中，談到“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下職業(yè)院校辦學(xué)轉(zhuǎn)型這一問題時(shí)，作者提出的資源改造開發(fā)基于移動(dòng)學(xué)習(xí)的信息化學(xué)習(xí)資源。職業(yè)院校開發(fā)了大量信息化專業(yè)教學(xué)資源，但使用效果不盡如人意，其中一個(gè)重要原因在于缺乏對學(xué)習(xí)者需求的考慮，因此必須及時(shí)完成對“教學(xué)資源”向“學(xué)習(xí)資源”的改造。一方面，改造要體現(xiàn)可視性和交互性，可將紙質(zhì)文本轉(zhuǎn)變?yōu)閳D表、動(dòng)畫或視頻，在紙質(zhì)教科書中或者在操作設(shè)備旁提供二維碼，移動(dòng)終端掃描即可拓展閱讀材料或觀看視頻，從而將傳統(tǒng)的“一維”資源改造成“三維”甚至“四維”教學(xué)資源;另一方面，構(gòu)建信息主動(dòng)推送機(jī)制，將原來文本的、整體化的課程信息進(jìn)行切割，依據(jù)教學(xué)進(jìn)度向移動(dòng)學(xué)習(xí)終端定時(shí)推送，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和行為模式。

現(xiàn)今所倡導(dǎo)的微課正是這一思路的具體體現(xiàn)，微課是指運(yùn)用信息技術(shù)按照認(rèn)知規(guī)律，呈現(xiàn)碎片化學(xué)習(xí)內(nèi)容、過程及擴(kuò)展素材的結(jié)構(gòu)化數(shù)字資源。微課是新信息技術(shù)手段對傳統(tǒng)教學(xué)的一個(gè)重要補(bǔ)充，中職生的認(rèn)知特點(diǎn)是，注意力集中時(shí)間不高，難以完成長時(shí)間的專注。因此充分利用微課的特點(diǎn)，特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)的普及，使學(xué)生課下也能隨時(shí)學(xué)習(xí)，輔助于我們的傳統(tǒng)課堂教學(xué)，必將起到事半功倍的效果。

三、加強(qiáng)企業(yè)實(shí)踐

目前絕大多數(shù)焊接專業(yè)的教師大學(xué)畢業(yè)后直接從事職業(yè)教育工作，缺乏實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，盡管在學(xué)習(xí)期間有過實(shí)際操作及赴企業(yè)實(shí)習(xí)的經(jīng)歷，但由于本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)不是一線的操作工人，因此，實(shí)際操作水平不高，又因?yàn)槿狈S的工作經(jīng)歷，沒有產(chǎn)品生產(chǎn)從材料入庫到最后出廠的全流程體驗(yàn)，在知識傳授中存在知識結(jié)構(gòu)松散、不能提綱挈領(lǐng)、照本宣科的缺點(diǎn)，因此，加強(qiáng)企業(yè)實(shí)踐變得尤為迫切。很多參與過企業(yè)實(shí)踐的教師反映，通過企業(yè)實(shí)踐掌握了很多書本之外的知識，例如控制焊接變形、殘余應(yīng)力的實(shí)際操作方法;焊接工藝的制訂;焊接檢驗(yàn)方法的操作、見到了更多書本之外的先進(jìn)焊接設(shè)備;對裝配、定位、焊接預(yù)熱、焊后緩冷以及焊后熱處理等焊接輔助工藝措施有了更加深刻的理解和認(rèn)識，在授課過程中通過案例教學(xué)，將若干個(gè)產(chǎn)品焊接加工的全過程展現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生反映較好。當(dāng)然，做好赴企業(yè)實(shí)踐工作，也是學(xué)校強(qiáng)化校企合作的重要體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)校企雙方互惠雙贏。

當(dāng)今世界，焊接新材料、新的焊接技術(shù)不斷涌現(xiàn)，信息技術(shù)不斷發(fā)展，我們要緊跟時(shí)代與技術(shù)的發(fā)展步伐，不斷更新自己的知識，在豐富自己專業(yè)知識的基礎(chǔ)上融會貫通，并充分利用現(xiàn)代信息、智能技術(shù)，只有這樣，才能教好中職焊工工藝課。

參考文獻(xiàn)：

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