中职焊工工艺课教学之我见

李明智

[摘           要]  焊工工艺课是中等职业学校机械类焊接专业必修的一门专业核心课，它的内容涵盖了焊接原理、安全生产防护知识、焊条、焊接电源、焊接化学冶金、焊接应力与變形、常用金属材料的焊接及焊接缺陷与检验等多方面内容，有的出版社出版的教材又称融焊工艺课，作为热加工工艺的一门课程，简要阐述如何教好这门课程，焊接专业的教师在实际教学中可以作为一个借鉴。

[关    键   词]  焊接工艺;金属材料与热处理;虚拟焊接;微课

[中图分类号]  G712                  [文献标志码]  A               [文章编号]  2096-0603（2019）08-0072-02

焊工工艺课是中等职业学校机械类焊接专业必修的一门专业核心课，它的内容涵盖了焊接原理、安全生产防护知识、焊条、焊接电源、焊接化学冶金、焊接应力与变形、常用金属材料的焊接及焊接缺陷与检验等多方面内容。在实际教学中发现，学生掌握起来有很大难度，部分年轻教师在教学中也存在一些困惑，对如何教好这门课程，不知从何下手，本人结合多年的教学实践，总结以下三方面的经验，即加强企业实践、知识的融会贯通、充分利用现代化教学手段等提升教学效果。

一、知识的融会贯通

焊工工艺涉及化学、力学、金属材料与热处理等多门基础学科的知识，而目前就读中职学校的学生大多文化基础较差，更谈不上对知识的综合运用能力。下面主要就化学、力学、金属材料等几个学科的知识在焊接工艺中的运用作一简单说明。

（一）化学方面相关知识

化学方面的知识在焊工工艺中主要涉及焊接安全生产的易燃、易爆和焊接化学冶金方面的知识，重点是焊接化学冶金知识，现浅析如下。

焊接化学冶金过程是焊接区中各种物质（熔化金属、熔渣、气体）之间在高温下相互作用的过程。焊接区的有害元素主要有O、H、N、S、P等。

1.氧对焊接质量的影响

烧损有益元素，降低焊缝的力学性能、产生气孔、产生飞溅，影响焊接过程稳定。

2.氢对焊接质量的影响

形成气孔，产生冷裂纹。

3.氮对焊接质量的影响

形成气孔，影响力学性能。

4.硫、磷对焊接质量的影响

产生裂纹，降低焊缝金属的力学性能。

焊接化学冶金过程就是脱氧，去氢，排氮，除硫、磷的过程。教师在讲授这方面知识时，可以搜集有关氧化—还原反应、置换反应、中和反应的知识，让学生在理解这方面化学原理的基础上掌握焊接化学冶金过程的知识。

（二）力学方面相关知识

焊接应力与变形一直是焊工工艺教学中的一个重点和难点内容。焊接应力与变形是焊接中不可避免的，其危害是焊接过程中产生的应力与变形，往往使焊接产品的质量下降或使下一道工序无法顺利进行。因此我们必须找出它们产生的原因与规律，在实际生产中采取一定的工艺措施减小焊接应力的危害。

学生在初中阶段接触到的力的概念是：力是物体之间的相互作用，其实质是牛顿运动学上力的概念。而内应力的概念是：当没有外力存在时，物体内部存在的应力，这一论述，学生一时很难接受，觉得没有别的物体的作用，怎么会有力产生呢？百思不得其解。为了便于学生理解，我们主要以热应力为主加以讲解。从生活中的常识入手，装入开水的普通玻璃杯，马上再装入冷水，就会出现开裂现象，为什么呢？分析如下：整个过程中，我们没有摔打杯子，而杯子出现裂纹，说明一定存在着另外一种力，要不然不会出现裂纹，此时杯子没有受到别的物体的作用，说明这个力是存在于杯子的内部，也就是我们所说的内应力，是这个力使杯子产生裂纹。那这个力是怎么产生的呢？我们都知道物体热胀冷缩的道理，通过分析，我们发现，当我们把玻璃杯中的开水倒掉，倒入冷水时，冷水与杯子的接触是一个局部到整体的接触过程，或者是先与杯底接触，或是先与杯壁接触，也就是局部先冷却，温度先降下来，而其他部位的温度还很高，此时由于收缩不均匀，温度低的部位收缩量大，温度高的部位收缩量小，收缩量大的部位的收缩受到收缩小的部位的阻碍。这种不均匀的收缩产生了这个内部应力。通过这样一个生活中的小例子，再引申到实际焊接环境中，焊接也是一个不均匀的加热和冷却过程（热源只是在局部进行加热），在这个过程中产生焊接应力，由于力的分布不对称，产生弯曲、波浪、扭曲等变形;加之材料、组织等方面因素的影响，产生焊接裂纹。通过这样讲解，学生既理解了内应力的概念，又对焊接变形、焊接裂纹的产生机理有了进一步认识。

（三）金属材料与热处理方面相关知识

焊工工艺作为一门热加工学科，可以说金属材料、热处理的知识与它的联系是最为紧密的。主要体现在以下几个方面。

1.铁碳相图

碳钢和低合金结构钢是焊接生产中经常接触的材料之一，（含碳量在低碳到中碳部分）也是焊接性较好的材料。焊缝的组织与性能对焊缝的质量有重要影响。铁碳合金相图是在缓慢加热（冷却）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。

铁碳相图是在平衡状态下得到的，尽管实际焊接环境冷却速度要快得多，但我们可以通过铁碳相图估算焊缝金属一次结晶、二次结晶的组织、热影响区的组织，进而分析其力学性能的变化，如强度、硬度、韧性等指标的变化。随着含碳量的增加，钢的强度、硬度增加，而塑性和韧性下降，碳钢及低合金钢的焊接性也变坏。因此，焊接时需采取预热、后热及焊后热处理等工艺措施。

2.金属学的知识

金属材料在固态下一般均属于多晶体，晶粒大小对金属的力学性能有重要的影响。一般地说，在室温下，细晶粒金属具有较高的强度和韧性，为了保证焊缝的力学性能，我们经常采用一些措施细化晶粒，如锤击焊缝、变质处理等，这些措施的依据就是取自金属学的相关原理。如果焊接时热输入量过大（如电渣焊时），出现过热组织，则需正火处理，以细化晶粒，保证焊缝金属的力学性能。

3.热处理的知识

工件和零件中存在内应力是十分有害的，前面在力学知识中，我们知道焊件中的内应力是产生焊接变形和裂纹的重要原因，因此我们经常采用消除应力退火的方法，即焊后将焊件整体或局部加热到相变点以下某一温度（一般为600～650℃），保温一定时间，然后缓慢冷却，从而消除焊接残余应力的方法。它的原理是，一般材料（碳钢和低合金钢）的力学性能与温度有着十分紧密的联系。消除应力退火虽然加热温度在相变点以下，金属未发生相变，但在此温度下，其屈服点降低了，使内部在残余应力的作用下产生一定的塑性变形，使应力得以消除。

二、充分利用现代化培训设备及教学手段

（一）引入虚拟仿真实训系统

传统焊接实训一般全程采用实操训练模式，投入大、不环保、易发生安全事故。近年来，随着科学技术的发展，各职业院校众多专业都在积极探求一种安全、环保、高效的数字化实训模式，因此虚拟焊接综合仿真实训系统已逐步进入焊接专业实训中，它是传统实训方法的重要补充。我国国内的厂家已经能制造出媲美国外的产品，虚拟综合仿真实训系统由教师机和学员机组成，是新一代通用节能、环保和焊接操作实训与考核系统。广泛应用于中、高职院校以及大型企业的培训中心等。该系统集分布式仿真技术、微机测控技术、声音仿真技术、虚拟现实技术等尖端技术于一体，能够模拟二氧化碳保护焊、手工电弧焊、氩弧焊三种焊机类型，其训练手感及训练效果与真实焊机保持一致，且不需要焊丝、焊条、工件、气体和工业用电，不会产生烟尘，不存在安全隐患，并可长时间不停机连续使用，从而使教学与实训变得更加轻松与高效。

（二）打造互聯网思维，充分利用“微课”等新信息技术手段

2017年1月、2月，中国教育报、人民日报分别发表了职业教育如何步入“互联网+”时代和融入“互联网+”职业教育才有未来的文章，文章中从多个方面阐述了职业教育未来发展的方向。其中，谈到“互联网+”背景下职业院校办学转型这一问题时，作者提出的资源改造开发基于移动学习的信息化学习资源。职业院校开发了大量信息化专业教学资源，但使用效果不尽如人意，其中一个重要原因在于缺乏对学习者需求的考虑，因此必须及时完成对“教学资源”向“学习资源”的改造。一方面，改造要体现可视性和交互性，可将纸质文本转变为图表、动画或视频，在纸质教科书中或者在操作设备旁提供二维码，移动终端扫描即可拓展阅读材料或观看视频，从而将传统的“一维”资源改造成“三维”甚至“四维”教学资源;另一方面，构建信息主动推送机制，将原来文本的、整体化的课程信息进行切割，依据教学进度向移动学习终端定时推送，改变学生的学习习惯和行为模式。

现今所倡导的微课正是这一思路的具体体现，微课是指运用信息技术按照认知规律，呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化数字资源。微课是新信息技术手段对传统教学的一个重要补充，中职生的认知特点是，注意力集中时间不高，难以完成长时间的专注。因此充分利用微课的特点，特别是随着互联网和智能手机的普及，使学生课下也能随时学习，辅助于我们的传统课堂教学，必将起到事半功倍的效果。

三、加强企业实践

目前绝大多数焊接专业的教师大学毕业后直接从事职业教育工作，缺乏实际工作经验，尽管在学习期间有过实际操作及赴企业实习的经历，但由于本科教育的培养目标不是一线的操作工人，因此，实际操作水平不高，又因为缺乏工厂的工作经历，没有产品生产从材料入库到最后出厂的全流程体验，在知识传授中存在知识结构松散、不能提纲挈领、照本宣科的缺点，因此，加强企业实践变得尤为迫切。很多参与过企业实践的教师反映，通过企业实践掌握了很多书本之外的知识，例如控制焊接变形、残余应力的实际操作方法;焊接工艺的制订;焊接检验方法的操作、见到了更多书本之外的先进焊接设备;对装配、定位、焊接预热、焊后缓冷以及焊后热处理等焊接辅助工艺措施有了更加深刻的理解和认识，在授课过程中通过案例教学，将若干个产品焊接加工的全过程展现给学生，学生反映较好。当然，做好赴企业实践工作，也是学校强化校企合作的重要体现，实现校企双方互惠双赢。

当今世界，焊接新材料、新的焊接技术不断涌现，信息技术不断发展，我们要紧跟时代与技术的发展步伐，不断更新自己的知识，在丰富自己专业知识的基础上融会贯通，并充分利用现代信息、智能技术，只有这样，才能教好中职焊工工艺课。

参考文献：

[1]张丽平.如何提高《焊工工艺》课的教学质量[J].职业教育研究，2004（12）：69-70.

[2]雷岩杰，杨宝平.谈中职教学中《焊工工艺学》的教法[J].河南科技，2013（1）：240.