本站原创摘 要：高校焊接类专业的课程涉及的内容较散乱,既有复杂的材料科学及成型的基本原理,又有机械电气等方面的专业知识,在日常的教学过程中很难把诸多的知识点串成一条主线进行讲解.而且,焊接类课程涉及的原理较抽象,具体的工艺及应用又很散乱,传统的教学法很难取得理想的教学效果.工程案例教学法结合典型的具体实例,将深奥的原理及冗杂的工艺融入到具体的工程案例中,极大的激发了同学们的学习热情,能够显著提高教学效果.而要保证案例式教学方法的成功实施,必须精心进行教学案例的设计.本文结合我校实际,以低合金高强钢厚大件的焊接为例,阐述了焊接类课程教学过程中典型案例的设计与应用.
关 键 词：焊接案例式教学专业课低合金高强钢
中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：1673-9795（2013）08（b）-0135-01
1焊接类专业课实行案例式教学的必要性
焊接作为一种重要的材料成型方法,在机械制造,航空航天,石油化工等行业得到了广泛的应用.据统计约有45%～50%的钢材通过焊接成型后才在各行各业得以应用.同时,在当前严峻的就业形势下,焊接专业却一枝独秀,焊接专业的人才成为就业市场的“香饽饽”.基于强大的社会需要,很多高校都开设了焊接相关的专业或方向,并对专业或方向的培养方案进行了大幅的改进,在强调基础的前提下,强化了应用和实践环节的培养.目前焊接专业或方向的主要专业课程涉及以下几个方面的内容：焊接成型原理及材料焊接性；焊接成型工艺及设备；焊接电源及自动控制；焊接结构及制造技术；无损检测及质量控制与管理.可见,焊接类的专业课包含的范围很广,涉及材料,机械,电子,力学等诸多学科,其中既有复杂的材料科学及成型的基本原理,又有机械电气力学等方面的专业知识及冗杂的工艺.目前,高等教学的规模不断扩张,逐步由之前的精英教育转变了大众教育,而高校的教育资源和与之配套的设备及设施相对缺乏,再加上大部分同学的专业基础较薄弱,对该专业的基本原理及基本技能掌握不够扎实,传统的教学法很难取得理想的教学效果,很大程度上制约了专业的发展.工程案例教学法结合典型的具体实例,将深奥的原理及冗杂的工艺融入到具体的工程案例中,极大的激发了同学们的学习热情,显著提高了教学效果.而要保证案例式教学方法的成功实施,必须精心进行教学案例的设计.本文结合我校实际,以低合金高强钢厚大件的焊接为例,阐述了焊接类课程教学过程中典型案例的设计与应用.
2工程案例的设计与应用举例
低合金高强度钢,是指在碳素钢中加入总质量分数不超过5%的各种合金元素,以提高钢的各种机械性能的钢材.这是一类可焊接的低碳工程结构用钢,其含碳量通常小于0.25%,比普通碳素结构钢有更高的屈服强度和屈强比,拥有较好的冷热加工成型性,良好的焊接性,较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性,以及有较好的抗大气、海水等腐蚀能力.作为工程结构用途的低合金高强度钢,人们主要使用其力学性能,以满足结构件在承受载荷时能保持稳定的形状,而不致由于产生明显的变形或断裂导致失效.低合金高强度钢不仅性能优良,而且生产成本相对较低,在热轧状态或经简单的热处理后便可使用.厚大件低合金高强钢的焊接面临的主要问题和挑战,就是开发高效焊接方法,同时,一般低合金高强钢的可焊性并不是很好,屈服强度在460MPa以上的低合金高强钢,正火处理,碳当量在0.47%以上.这种钢在焊接时存在一定的淬硬倾向,很容易产生冷裂纹,焊接性较差.焊接融合区是最薄弱的部分,有明显的不均匀性,组织性能突变等.厚板低合金高强钢常出现的焊接缺陷主要有：较大的焊接残余应力和变形；焊缝裂纹；层状撕裂以及气孔、夹杂、未融合未焊透等.可见,低合金高强钢厚大件的焊接面临的诸如,高效焊接方法的开发；焊接裂纹；残余应力与变形等问题,也是焊接专业课教学的主要内容和难点及重点.如果能够以此为基础巧妙的设计和引入典型的工程案例,可以将这些重要的知识点串联起来进行讲解,激发同学们的学习兴趣,达到令人满意的教学效果.
例如,由我们主导完成的工程机械动力臂焊接方法及接头性能评价的课题,就可以作为典型的工程案例来使用.在项目实施之前,该公司采用的是传统的手工或半自动焊接方法,生产效率低下,同时由于人工操作随机性较大,焊接接头质量很难得到保障.项目实施后采用了双丝双弧焊接机器人技术,使生产效率得以大幅提高,同时接头质量也得到了保障,以此作为切入点,引导同学们认识和探索焊接新工艺和新方法,将会达到事半功倍的效果.同时在新工艺方法焊接时,采用双层焊一次焊接而成,而双层焊的层间温度的控制,对焊接质量的影响可谓至关重要,以此作为工程案例,可以引入和讲解多层焊的焊接热循环这一关键知识点,通过具体的实例帮助同学们理解抽象的理论.
低合金高强钢厚大件的焊接面临的另一个关键问题焊接应力和变形问题,建筑机械的动力臂由于存在焊接应力致使其在使用过程中失效开裂的情形时有发生,造成了非常严重的后果.同样的,如果以此作为工程案例,进一步来分析焊接残余应力和变形的形成原因,分类及预防和减小焊接应力和变形的措施就会极大的激发同学们的学习热情,帮助同学们理解抽象的原理.同时通过设计和运用典型的工程案例,可以将零散的知识点串成有机的整体,有利于帮助他们形成完整的知识体系,在学习基础知识的同时,也锻炼了他们运用专业知识解决生产实际问题的能力.
3工程案例设计与应用的思考与总结
从上面的分析中不难看出,在焊接专业课的教学过程中必须大胆的进行探索和改革,积极引入案例式教学方式.案例式教学通过引入具体的工程案例开展课堂教学,是课堂教学的一种重要创新,有助于调动同学们学习主动性和积极性,同时也有助于培养同学们的创新能力和运用专业知识解决生产实际问题的能力.另一方面,案例式教学方法对教师也提出了更高的要求,授课老师必须具有丰富的现场实践经验,能够充分理解和灵活运用所采用的工程案例.当然,也必须承认,由于焊接类专业课涉及的知识点繁杂,目前对所有的知识点都采用案例式教学方法还存在很大的难度,还需要广大的焊接教育工作者继续努力.同时,如何运用经典案例把零散的知识点串成有机整体,帮助同学们理解专业知识,巩固基础,也是广大教育工作者需要深入思考的问题.