焊接類課程典型教學案例的設計與應用

摘 要：高校焊接類專業的課程涉及的內容較散亂，既有復雜的材料科學及成型的基本原理，又有機械電氣等方面的專業知識，在日常的教學過程中很難把諸多的知識點串成一條主線進行講解。而且，焊接類課程涉及的原理較抽象，具體的工藝及應用又很散亂，傳統的教學法很難取得理想的教學效果。工程案例教學法結合典型的具體實例，將深奧的原理及冗雜的工藝融入到具體的工程案例中，極大的激發了同學們的學習熱情，能夠顯著提高教學效果。而要保證案例式教學方法的成功實施，必須精心進行教學案例的設計。本文結合我校實際，以低合金高強鋼厚大件的焊接為例，闡述了焊接類課程教學過程中典型案例的設計與應用。

關鍵詞：焊接 案例式教學 專業課 低合金高強鋼

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）08（b）-0135-01

1 焊接類專業課實行案例式教學的必要性

焊接作為一種重要的材料成型方法，在機械制造，航空航天，石油化工等行業得到了廣泛的應用。據統計約有45%～50%的鋼材通過焊接成型后才在各行各業得以應用。同時，在當前嚴峻的就業形勢下，焊接專業卻一枝獨秀，焊接專業的人才成為就業市場的“香餑餑”。基于強大的社會需要，很多高校都開設了焊接相關的專業或方向，并對專業或方向的培養方案進行了大幅的改進，在強調基礎的前提下，強化了應用和實踐環節的培養。目前焊接專業或方向的主要專業課程涉及以下幾個方面的內容：焊接成型原理及材料焊接性；焊接成型工藝及設備；焊接電源及自動控制；焊接結構及制造技術；無損檢測及質量控制與管理。可見，焊接類的專業課包含的范圍很廣，涉及材料，機械，電子，力學等諸多學科，其中既有復雜的材料科學及成型的基本原理，又有機械電氣力學等方面的專業知識及冗雜的工藝。目前，高等教學的規模不斷擴張，逐步由之前的精英教育轉變了大眾教育，而高校的教育資源和與之配套的設備及設施相對缺乏，再加上大部分同學的專業基礎較薄弱，對該專業的基本原理及基本技能掌握不夠扎實，傳統的教學法很難取得理想的教學效果，很大程度上制約了專業的發展。工程案例教學法結合典型的具體實例，將深奧的原理及冗雜的工藝融入到具體的工程案例中，極大的激發了同學們的學習熱情，顯著提高了教學效果。而要保證案例式教學方法的成功實施，必須精心進行教學案例的設計。本文結合我校實際，以低合金高強鋼厚大件的焊接為例，闡述了焊接類課程教學過程中典型案例的設計與應用。

2 工程案例的設計與應用舉例

低合金高強度鋼，是指在碳素鋼中加入總質量分數不超過5%的各種合金元素，以提高鋼的各種機械性能的鋼材。這是一類可焊接的低碳工程結構用鋼，其含碳量通常小于0.25%，比普通碳素結構鋼有更高的屈服強度和屈強比，擁有較好的冷熱加工成型性，良好的焊接性，較低的冷脆傾向、缺口和時效敏感性，以及有較好的抗大氣、海水等腐蝕能力。作為工程結構用途的低合金高強度鋼，人們主要使用其力學性能，以滿足結構件在承受載荷時能保持穩定的形狀，而不致由于產生明顯的變形或斷裂導致失效。低合金高強度鋼不僅性能優良，而且生產成本相對較低，在熱軋狀態或經簡單的熱處理后便可使用。厚大件低合金高強鋼的焊接面臨的主要問題和挑戰，就是開發高效焊接方法，同時，一般低合金高強鋼的可焊性并不是很好，屈服強度在460 MPa以上的低合金高強鋼，正火處理，碳當量在0.47%以上。這種鋼在焊接時存在一定的淬硬傾向，很容易產生冷裂紋，焊接性較差。焊接融合區是最薄弱的部分，有明顯的不均勻性，組織性能突變等。厚板低合金高強鋼常出現的焊接缺陷主要有：較大的焊接殘余應力和變形；焊縫裂紋；層狀撕裂以及氣孔、夾雜、未融合未焊透等。可見，低合金高強鋼厚大件的焊接面臨的諸如，高效焊接方法的開發；焊接裂紋；殘余應力與變形等問題，也是焊接專業課教學的主要內容和難點及重點。如果能夠以此為基礎巧妙的設計和引入典型的工程案例，可以將這些重要的知識點串聯起來進行講解，激發同學們的學習興趣，達到令人滿意的教學效果。

例如，由我們主導完成的工程機械動力臂焊接方法及接頭性能評價的課題，就可以作為典型的工程案例來使用。在項目實施之前，該公司采用的是傳統的手工或半自動焊接方法，生產效率低下，同時由于人工操作隨機性較大，焊接接頭質量很難得到保障。項目實施后采用了雙絲雙弧焊接機器人技術，使生產效率得以大幅提高，同時接頭質量也得到了保障，以此作為切入點，引導同學們認識和探索焊接新工藝和新方法，將會達到事半功倍的效果。同時在新工藝方法焊接時，采用雙層焊一次焊接而成，而雙層焊的層間溫度的控制，對焊接質量的影響可謂至關重要，以此作為工程案例，可以引入和講解多層焊的焊接熱循環這一關鍵知識點，通過具體的實例幫助同學們理解抽象的理論。

低合金高強鋼厚大件的焊接面臨的另一個關鍵問題焊接應力和變形問題，建筑機械的動力臂由于存在焊接應力致使其在使用過程中失效開裂的情形時有發生，造成了非常嚴重的后果。同樣的，如果以此作為工程案例，進一步來分析焊接殘余應力和變形的形成原因，分類及預防和減小焊接應力和變形的措施就會極大的激發同學們的學習熱情，幫助同學們理解抽象的原理。同時通過設計和運用典型的工程案例，可以將零散的知識點串成有機的整體，有利于幫助他們形成完整的知識體系，在學習基礎知識的同時，也鍛煉了他們運用專業知識解決生產實際問題的能力。

3 工程案例設計與應用的思考與總結

從上面的分析中不難看出，在焊接專業課的教學過程中必須大膽的進行探索和改革，積極引入案例式教學方式。案例式教學通過引入具體的工程案例開展課堂教學，是課堂教學的一種重要創新，有助于調動同學們學習主動性和積極性，同時也有助于培養同學們的創新能力和運用專業知識解決生產實際問題的能力。另一方面，案例式教學方法對教師也提出了更高的要求，授課老師必須具有豐富的現場實踐經驗，能夠充分理解和靈活運用所采用的工程案例。當然，也必須承認，由于焊接類專業課涉及的知識點繁雜，目前對所有的知識點都采用案例式教學方法還存在很大的難度，還需要廣大的焊接教育工作者繼續努力。同時，如何運用經典案例把零散的知識點串成有機整體，幫助同學們理解專業知識，鞏固基礎，也是廣大教育工作者需要深入思考的問題。