焊接類課程典型教學(xué)案例的設(shè)計與應(yīng)用

摘 要：高校焊接類專業(yè)的課程涉及的內(nèi)容較散亂，既有復(fù)雜的材料科學(xué)及成型的基本原理，又有機(jī)械電氣等方面的專業(yè)知識，在日常的教學(xué)過程中很難把諸多的知識點串成一條主線進(jìn)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(yīng)用又很散亂，傳統(tǒng)的教學(xué)法很難取得理想的教學(xué)效果。工程案例教學(xué)法結(jié)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(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情，能夠顯著提高教學(xué)效果。而要保證案例式教學(xué)方法的成功實施，必須精心進(jìn)行教學(xué)案例的設(shè)計。本文結(jié)合我校實際，以低合金高強(qiáng)鋼厚大件的焊接為例，闡述了焊接類課程教學(xué)過程中典型案例的設(shè)計與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：焊接 案例式教學(xué) 專業(yè)課 低合金高強(qiáng)鋼

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

1 焊接類專業(yè)課實行案例式教學(xué)的必要性

焊接作為一種重要的材料成型方法，在機(jī)械制造，航空航天，石油化工等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計約有45%～50%的鋼材通過焊接成型后才在各行各業(yè)得以應(yīng)用。同時，在當(dāng)前嚴(yán)峻的就業(yè)形勢下，焊接專業(yè)卻一枝獨秀，焊接專業(yè)的人才成為就業(yè)市場的“香餑餑”?；趶?qiáng)大的社會需要，很多高校都開設(shè)了焊接相關(guān)的專業(yè)或方向，并對專業(yè)或方向的培養(yǎng)方案進(jìn)行了大幅的改進(jìn)，在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)的前提下，強(qiáng)化了應(yīng)用和實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)。目前焊接專業(yè)或方向的主要專業(yè)課程涉及以下幾個方面的內(nèi)容：焊接成型原理及材料焊接性；焊接成型工藝及設(shè)備；焊接電源及自動控制；焊接結(jié)構(gòu)及制造技術(shù)；無損檢測及質(zhì)量控制與管理?？梢?，焊接類的專業(yè)課包含的范圍很廣，涉及材料，機(jī)械，電子，力學(xué)等諸多學(xué)科，其中既有復(fù)雜的材料科學(xué)及成型的基本原理，又有機(jī)械電氣力學(xué)等方面的專業(yè)知識及冗雜的工藝。目前，高等教學(xué)的規(guī)模不斷擴(kuò)張，逐步由之前的精英教育轉(zhuǎn)變了大眾教育，而高校的教育資源和與之配套的設(shè)備及設(shè)施相對缺乏，再加上大部分同學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)較薄弱，對該專業(yè)的基本原理及基本技能掌握不夠扎實，傳統(tǒng)的教學(xué)法很難取得理想的教學(xué)效果，很大程度上制約了專業(yè)的發(fā)展。工程案例教學(xué)法結(jié)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(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情，顯著提高了教學(xué)效果。而要保證案例式教學(xué)方法的成功實施，必須精心進(jìn)行教學(xué)案例的設(shè)計。本文結(jié)合我校實際，以低合金高強(qiáng)鋼厚大件的焊接為例，闡述了焊接類課程教學(xué)過程中典型案例的設(shè)計與應(yīng)用。

2 工程案例的設(shè)計與應(yīng)用舉例

低合金高強(qiáng)度鋼，是指在碳素鋼中加入總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%的各種合金元素，以提高鋼的各種機(jī)械性能的鋼材。這是一類可焊接的低碳工程結(jié)構(gòu)用鋼，其含碳量通常小于0.25%，比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼有更高的屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)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(jié)構(gòu)用途的低合金高強(qiáng)度鋼，人們主要使用其力學(xué)性能，以滿足結(jié)構(gòu)件在承受載荷時能保持穩(wěn)定的形狀，而不致由于產(chǎn)生明顯的變形或斷裂導(dǎo)致失效。低合金高強(qiáng)度鋼不僅性能優(yōu)良，而且生產(chǎn)成本相對較低，在熱軋狀態(tài)或經(jīng)簡單的熱處理后便可使用。厚大件低合金高強(qiáng)鋼的焊接面臨的主要問題和挑戰(zhàn)，就是開發(fā)高效焊接方法，同時，一般低合金高強(qiáng)鋼的可焊性并不是很好，屈服強(qiáng)度在460 MPa以上的低合金高強(qiáng)鋼，正火處理，碳當(dāng)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(chǎn)生冷裂紋，焊接性較差。焊接融合區(qū)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(qiáng)鋼常出現(xiàn)的焊接缺陷主要有：較大的焊接殘余應(yīng)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?？梢?，低合金高強(qiáng)鋼厚大件的焊接面臨的諸如，高效焊接方法的開發(fā)；焊接裂紋；殘余應(yīng)力與變形等問題，也是焊接專業(yè)課教學(xué)的主要內(nèi)容和難點及重點。如果能夠以此為基礎(chǔ)巧妙的設(shè)計和引入典型的工程案例，可以將這些重要的知識點串聯(lián)起來進(jìn)行講解，激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到令人滿意的教學(xué)效果。

例如，由我們主導(dǎo)完成的工程機(jī)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(tǒng)的手工或半自動焊接方法，生產(chǎn)效率低下，同時由于人工操作隨機(jī)性較大，焊接接頭質(zhì)量很難得到保障。項目實施后采用了雙絲雙弧焊接機(jī)器人技術(shù)，使生產(chǎn)效率得以大幅提高，同時接頭質(zhì)量也得到了保障，以此作為切入點，引導(dǎo)同學(xué)們認(rèn)識和探索焊接新工藝和新方法，將會達(dá)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(zhì)量的影響可謂至關(guān)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(huán)這一關(guān)鍵知識點，通過具體的實例幫助同學(xué)們理解抽象的理論。

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

3 工程案例設(shè)計與應(yīng)用的思考與總結(jié)

從上面的分析中不難看出，在焊接專業(yè)課的教學(xué)過程中必須大膽的進(jìn)行探索和改革，積極引入案例式教學(xué)方式。案例式教學(xué)通過引入具體的工程案例開展課堂教學(xué)，是課堂教學(xué)的一種重要創(chuàng)新，有助于調(diào)動同學(xué)們學(xué)習(xí)主動性和積極性，同時也有助于培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新能力和運(yùn)用專業(yè)知識解決生產(chǎn)實際問題的能力。另一方面，案例式教學(xué)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(xiàn)場實踐經(jīng)驗，能夠充分理解和靈活運(yùn)用所采用的工程案例。當(dāng)然，也必須承認(rèn)，由于焊接類專業(yè)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(xué)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(xù)努力。同時，如何運(yùn)用經(jīng)典案例把零散的知識點串成有機(jī)整體，幫助同學(xué)們理解專業(yè)知識，鞏固基礎(chǔ)，也是廣大教育工作者需要深入思考的問題。