比較法在焊接加工專業(yè)教學(xué)的運(yùn)用分析

嚴(yán)紅偉

摘要：焊接技術(shù)加工材料眾多，并且所用的加工材料繁雜，不僅有金屬，還有橡膠、陶瓷，玻璃等，應(yīng)用廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域如航天航空、核能利用、電子信息、海洋鉆探、高層建筑，都離不開焊接技術(shù)的應(yīng)用，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及電子技術(shù)在焊接工藝上的應(yīng)用，都給焊接技術(shù)的發(fā)展拓展了空間，同時(shí)也給焊接加工專業(yè)教學(xué)帶來(lái)一定的困惑，所以要想搞好焊接加工專業(yè)教學(xué)，就得尋求一條適合自己的教學(xué)方法，本文結(jié)合自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，就比較法在焊接加工專業(yè)教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行分析，主要從焊接方法和焊件材料成分兩個(gè)方面進(jìn)行比較。

關(guān)鍵詞：比較法;焊接加工專業(yè)教學(xué);運(yùn)用

1 ?比較法概述

比較法是通過(guò)觀察，分析，找出研究對(duì)象的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。它是認(rèn)識(shí)事物的一種基本方法。然而應(yīng)用于教學(xué)中時(shí)，它通過(guò)對(duì)各種類型的知識(shí)進(jìn)行對(duì)比教學(xué)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的特性和共性更好地了解和掌握。此方法具有適應(yīng)范圍廣、用法簡(jiǎn)單，同時(shí)具有較強(qiáng)邏輯性和科學(xué)性，同時(shí)也有利于學(xué)生思維能力擴(kuò)展和邏輯思能力培養(yǎng)，因此通過(guò)加強(qiáng)比較和分析，在專業(yè)學(xué)習(xí)中，有效提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，從而受到學(xué)生、教師的認(rèn)可和接受。在焊接加工專業(yè)教學(xué)中通過(guò)比較法的應(yīng)用，使學(xué)生能夠更好地理解各種焊接技術(shù)、工藝以及影響因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響，使焊接加工專業(yè)教學(xué)難度有效降低，教學(xué)質(zhì)量得到有效提高。

2 ?比較法在教學(xué)中的應(yīng)用

焊接是通過(guò)加壓、加熱或兩者并用，用或不用填充金屬使工件達(dá)到結(jié)合的一種工藝方法。

2.1 焊接方法

按照金屬在焊接過(guò)程中所處的狀態(tài)及工藝特點(diǎn)不同，金屬的焊接方法分為熔焊、壓焊和釬焊。熔焊是在焊接過(guò)程中將焊件接頭加熱至融化狀態(tài)，不加壓完成焊接的方法，常見的主要有氣焊、電弧焊、電渣焊等，在熔焊時(shí)，為了防止局部融化的高溫焊縫金屬與空氣接觸而造成性能的惡化，熔焊過(guò)程都必須采取有效的焊接區(qū)保護(hù)，保護(hù)形式也是區(qū)分熔焊方法的一個(gè)特征，因此，在教學(xué)過(guò)程中就可以有意識(shí)的把各種常用焊接方法的保護(hù)形式進(jìn)行對(duì)比教學(xué)，如：埋弧自動(dòng)焊采用熔渣保護(hù)，二氧化碳焊、鎢極氬弧焊采用氣體保護(hù)，焊條電弧焊則是采用熔渣和氣體聯(lián)合保護(hù)。對(duì)各種常用焊接方法的保護(hù)形式進(jìn)行系統(tǒng)的講解和比較，使學(xué)生更容易記憶;壓焊是在焊接過(guò)程中必須對(duì)焊件施加一定的壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法。壓焊常見的焊接方法有鍛焊、電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、爆炸焊等，在壓焊焊接方法中分為加熱或不加熱兩種形式，比如將金屬接觸部分加熱至塑性狀態(tài)和局部融化狀態(tài)，然后施加一定的壓力，使金屬原子間相互結(jié)合而形成的不可拆卸的接頭，如鍛焊、電阻焊、摩擦焊。另一種方式則是不需要加熱，僅在被焊金屬的接觸面上施加足夠大的壓力，借助壓力形成塑性變形，使焊件的原子間相互接近而獲得牢固的不可拆卸的接頭，如冷壓焊、爆炸焊;釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)但低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。常見的釬焊方法主要有烙鐵釬焊、火焰釬焊、真空釬焊感應(yīng)釬焊等，在釬焊的焊接方法中主要注意的就是釬料的熔點(diǎn)，分為軟釬焊和硬釬焊，釬料熔點(diǎn)在450℃以下的稱為軟釬焊，在450℃及以上的稱為硬釬焊。

2.2 焊件材料成分

焊件的材料成分不同，所對(duì)應(yīng)的焊接工藝就會(huì)有所區(qū)別，現(xiàn)就Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和0Cr18Ni9不銹鋼兩種常用材料成分的不同在教學(xué)過(guò)程中教學(xué)比較分析。

2.2.1 Q235鋼

Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼是工程中應(yīng)用最多的鋼種。其特點(diǎn)雜質(zhì)和非金屬夾雜物較多，但冶煉容易，工藝性好，價(jià)格便宜，產(chǎn)量大，在性能上能滿足一般的工程結(jié)構(gòu)及普通零件的要求，因此，應(yīng)用較為廣泛，Q235鋼材通常是軋制成鋼板和各種型材，用于廠房、橋梁、船舶等的建造或制造一些受力不大的機(jī)械零件，如鉚釘、螺釘、螺母等。Q235鋼的化學(xué)成分中含碳量為0.12%～0.22%。含錳量≥0.30%，含磷量≤0.045%，含硫量≤0.05%，含硅量≤0.030%。在力學(xué)性能上表現(xiàn)出的屈服強(qiáng)度為235MP，抗拉強(qiáng)度380～470MP，延伸力25～27%。Q235鋼含碳量和其他合金元素含量較低，其塑性和韌性較好，焊接性能優(yōu)良，一般不必預(yù)熱和焊后熱處理等工藝，對(duì)電源設(shè)備也沒(méi)有特殊的要求，一般的交流、直流焊機(jī)都可以進(jìn)行焊接，在實(shí)際工作和實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，根據(jù)加工工件的要求不同，可選擇焊條電弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、鎢極氬弧焊和埋弧自動(dòng)焊等焊接方法。

2.2.2 0Cr18Ni9不銹鋼

0Cr18Ni9不銹鋼是奧氏體不銹鋼的一種，被廣泛用于化工設(shè)備、食品用設(shè)備、器具、工業(yè)設(shè)備、高溫耐腐蝕的零件，如墊片、熱交換管及其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件。其化學(xué)成分中，含碳量≤0.08%，含錳量≤2.0%，含磷量≤0.035%，含硫量≤0.030%，含硅量≤1.00%，鎳含量為8.0～11.0%，鉻含量為18.00～20.00%，屈服強(qiáng)度為≥205MP，抗拉強(qiáng)度≥520MP，延伸力≥40%。0Cr18Ni9不銹鋼的具有較高的變形能力并不可淬硬，總體上講焊接性能良好。但為了更好地保證焊縫及焊接接頭的質(zhì)量，在實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)習(xí)過(guò)程中需要解決0Cr18Ni9不銹鋼的一些特殊問(wèn)題，如接頭各種形式的腐蝕、焊接熱裂紋、鐵素體含量的控制等。

①接頭的晶間腐蝕。晶間腐蝕是一種局部性的腐蝕，它會(huì)導(dǎo)致晶粒間的結(jié)合力喪失，材料強(qiáng)度幾乎為零，這是在教學(xué)過(guò)程中值得重視的危險(xiǎn)性腐蝕現(xiàn)象。所以必須采取相應(yīng)的措施，從而提高焊接接頭耐晶間腐蝕的能力，如降低母材和焊縫中的含碳量，就是將含碳量降到小于等于其常溫狀態(tài)下在γ相中的溶解度，這樣在加熱時(shí)就很少有Cr23C6析出，這樣的話，從根本上可避免貧鉻層的形成，貧鉻層越少，耐晶間腐蝕能力就會(huì)增強(qiáng);在鋼中適當(dāng)加入能夠形成穩(wěn)定碳化物的元素，與碳親和力大于鉻的鈦、鈮等元素，這些元素在冶金反應(yīng)過(guò)程中將先與碳結(jié)合，因此減少了貧鉻層的產(chǎn)生。

②應(yīng)力腐蝕開裂。金屬在應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)的共同作用下，發(fā)生的腐蝕破壞叫應(yīng)力腐蝕開裂。在純金屬中一般不存在應(yīng)力腐蝕開裂傾向，但在不銹鋼中，應(yīng)力腐蝕就會(huì)比較敏感。不銹鋼在焊接過(guò)程中和焊后產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的因素比較多，主要有鋼的成分、組織狀態(tài)，介質(zhì)的種類、溫度、濃度，產(chǎn)生應(yīng)力的性質(zhì)、大小及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。那么在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)0Cr18Ni9不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂問(wèn)題該采取什么措施呢？首先就得讓學(xué)生掌握Q235鋼與0Cr18Ni9不銹鋼在性能上存在的不同，找出0Cr18Ni9不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的影響因素，從而引導(dǎo)學(xué)生選用對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂敏感性低的材料;消除產(chǎn)品的殘余應(yīng)力，盡可能地減少結(jié)構(gòu)或部件中的殘余應(yīng)力，可采用熱處理的方法消除應(yīng)力和錘擊焊縫的方法降低表面殘余應(yīng)力;對(duì)材料進(jìn)行防蝕處理通過(guò)電鍍、噴鍍、等方法，用金屬或非金屬覆蓋層將金屬與腐蝕介質(zhì)隔離;改進(jìn)部件結(jié)構(gòu)及接頭設(shè)計(jì)，一個(gè)合理的設(shè)計(jì)將是減小焊接殘余應(yīng)力最有效的方法。

③焊接接頭的熱裂紋。奧氏體不銹鋼焊接時(shí)產(chǎn)生的裂紋是熱裂紋，在焊縫和熱影響區(qū)都可能出現(xiàn)。焊縫中主要是結(jié)晶裂紋，奧氏體鋼對(duì)熱裂紋比較敏感，主要是由冶金因素決定的。那么怎樣防止焊縫中結(jié)晶裂紋呢？主要從以下幾個(gè)方面考慮：

1）在焊接過(guò)程中硫是產(chǎn)生熱裂紋的主要元素，因此應(yīng)對(duì)有害雜質(zhì)硫、磷含量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

2）將焊縫金屬調(diào)整為雙相組織，在奧氏體基體上有5%左右的δ鐵素體相時(shí)，裂紋敏感性大大降低。因此，在焊接0Cr18Ni9時(shí)，采用γ+δ雙相焊條，能有效防止結(jié)晶裂紋。

3）合理進(jìn)行合金化，為了提高焊縫的抗裂能力，只能在嚴(yán)格限制有害雜質(zhì)的前提下進(jìn)行合理的合金化。在單相穩(wěn)定奧氏體鋼中適當(dāng)增加Mn、C、N的含量可以改善抗裂性。

4）在工藝上，要使焊縫的熱裂傾向降低，制定合理的焊接工藝是必須的，盡量避免熔池過(guò)熱和減小接頭的殘余應(yīng)力，采用小電流進(jìn)行焊接，可焊接一段焊縫進(jìn)行錘擊，然后再焊接下一段焊縫。

④鐵素體含量控制。鐵素體含量的多少，將直接關(guān)系到奧氏體耐熱鋼的抗熱裂性、δ相脆變和熱強(qiáng)性。從抗熱裂性角度考慮，焊縫金屬內(nèi)含有一定量的鐵素體是有益的，但從δ相胞變和熱強(qiáng)性角度考慮，則是鐵素體含量越低越好，怎樣解決這一對(duì)矛盾是奧氏體耐熱鋼焊接的核心問(wèn)題。焊縫金屬中隨著鐵素體含量的上升，奧氏體鉻鎳鋼焊縫金屬的常溫抗拉強(qiáng)度增大，變形能力下降。然而，高溫抗拉強(qiáng)度、高溫持久強(qiáng)度及低溫韌性均明顯降低。因此，對(duì)于高溫強(qiáng)度要求高的焊接接頭，必須嚴(yán)格控制鐵素體含量，在某些場(chǎng)合下必須采用全奧氏體的焊縫金屬。

在焊接加工中，需要對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)加強(qiáng)控制，其中包括原材料選擇、焊接前準(zhǔn)備、焊接工藝措施、成品質(zhì)量檢測(cè)等。在焊接加工專業(yè)教學(xué)中，需要將各個(gè)環(huán)節(jié)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，同時(shí)需要對(duì)每種材料、每個(gè)參數(shù)、每道工序、每個(gè)尺寸進(jìn)行對(duì)比，加強(qiáng)各影響因素對(duì)焊接質(zhì)量影響程度的分析，以及比較在條件相同的情況下，焊接質(zhì)量因焊接方式不同而存在的差異等，通過(guò)這種方式，使焊接加工教學(xué)的復(fù)雜性降低，學(xué)生更容易理解。

3 ?焊接加工技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

焊接技術(shù)經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)間，焊接加工體系也較為成熟完善。目前氣割、氣焊、電弧焊等技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)也在不斷更新?lián)Q代，新技術(shù)也得到了不斷推廣應(yīng)用，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入，人工智能技術(shù)也使機(jī)器人切割和焊接技術(shù)得到發(fā)展。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

在焊接加工專業(yè)教學(xué)中，因焊接技術(shù)和工藝、以及材料較多，同時(shí)教學(xué)存在抽象性，給教學(xué)帶來(lái)了較大的難度。目前比較法在眾多教學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，在焊接加工專業(yè)教學(xué)中，通過(guò)比較法的應(yīng)用，可以利用縱向和橫向比較的方式，對(duì)焊接材料、焊接技術(shù)、焊接參數(shù)等進(jìn)行比較，通過(guò)比較法能夠使學(xué)生更清晰地了解各影響因素對(duì)焊接質(zhì)量所造成的影響，對(duì)教學(xué)效果起到有效提升的作用。

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