焊接技能培訓(xùn)的關(guān)鍵是焊接熔池的控制

張村亮

（龍巖華僑職業(yè)中專學(xué)校，福建 龍巖 364000）

熔化焊的焊接熔池是指由熔化的局部母材和填充材料所組成的具有一定幾何形狀的液態(tài)區(qū)域。而焊縫是指熔池凝固后所形成的固態(tài)區(qū)域。因此焊接熔池和焊縫之間存在著內(nèi)在的、必然的聯(lián)系。也就是說焊縫金屬的組織和性能不僅取決于焊縫的相變行為，而且受到焊接熔池結(jié)晶行為的直接影響。

如在焊條電弧焊的焊接技能培訓(xùn)過程中，學(xué)生能否提前感知、及時發(fā)現(xiàn)并根據(jù)焊接熔池的形成、發(fā)展和變化規(guī)律，正確采用切實可行、有效的操作方法，調(diào)節(jié)各種焊接工藝參數(shù)來控制熔池的大小、形狀、厚薄，使熔池清晰、渣液分離、結(jié)晶凝固時間等合理是保證焊縫內(nèi)部質(zhì)量和外部成形良好的關(guān)鍵。因此文章認為焊接技能培訓(xùn)的關(guān)鍵是焊接熔池的控制。

1 焊接技能的共性

（1）操作技能與心智技能的聯(lián)系。心智技能是外部動作的設(shè)計、策劃和調(diào)節(jié)者。操作技能是心智技能的具體表象，心智技能是操作技能的整合調(diào)節(jié)者。在焊接教學(xué)過程中心智技能訓(xùn)練寓于操作技能訓(xùn)練之中。二者共同活動，促進焊接技能熟練。

圖1

（2）操作技能與心智技能的區(qū)別。技能培訓(xùn)是一個從操作技能到心智技能的發(fā)展過程。操作技能培訓(xùn)主要是告訴學(xué)生先做什么，后做什么。步驟非常明晰。心智技能培訓(xùn)是要求學(xué)生知道為什么，要注意什么，漸漸形成安全第一、質(zhì)量第一的思維定勢。

2 焊接技能的個性（焊條電弧焊為例）

（1）焊接過程的特點：焊接過程是在焊接電弧的持續(xù)高溫（6000℃以上）作用下，被焊的局部母材和填充金屬經(jīng)過熔化和凝固形成焊縫。

（2）焊接熔池的特點：①熔池體積小0.5～1cm3、冷卻速度大100℃/s、熔池存在時間短，只有4s。熔池過熱1870℃、熔池邊界溫度梯度大可達200℃/mm以上。②熔池在動態(tài)下結(jié)晶。③反應(yīng)接觸比較面積大，攪拌激烈。

（3）焊接操作的特點：焊條電弧焊的焊接過程是在深面罩的保護下主要靠感知進行操作訓(xùn)練，學(xué)習(xí)者會對自己的錯誤動作不能感知，基礎(chǔ)不扎實就很難對動作進行有意識的調(diào)節(jié)和控制，更別說整合和熟練，這樣不僅導(dǎo)致技術(shù)操作水平不穩(wěn)定，難以找出動作失誤的真正原因、操作技能訓(xùn)練就會陷入盲目狀態(tài)。

（4）焊接過程熔池的形成、發(fā)展和變化。加熱→熔化形成熔池→冶金反應(yīng)→電弧移開（逐漸冷卻）→開始一次結(jié)晶→液態(tài)相變→二次結(jié)晶→固態(tài)相變→形成焊縫。

圖2

3 焊接操作技能注重的“熟練”

焊接操作技能是指學(xué)生在焊接過程中將一系列控制熔池的基本動作組合起來，協(xié)調(diào)和順利地進行焊接操作的能力。

（1）遵循操作技能的形成規(guī)律。如學(xué)生定點引弧到引弧堆高的訓(xùn)練，其技能掌握內(nèi)容是先易后難，即由單個熔池控制到一連串熔池控制的過程。學(xué)生通過對熔池控制的訓(xùn)練，能較容易在頭腦中建立和形成準確的焊接操作活動定向印象，了解操作活動的結(jié)構(gòu)和要求，即知道焊接操作是做什么，怎么做，進而在焊接操作活動中可以調(diào)節(jié)肢體動作的執(zhí)行。

（2）按照操作技能的培訓(xùn)要求。熔池的控制操作有利于教師準確的示范與講解，有利于學(xué)生進行必要而適當(dāng)?shù)亩ㄏ蚓毩?xí)和充分而有效的反饋，有利于學(xué)生建立穩(wěn)定而清晰的動覺，即復(fù)雜的內(nèi)部運動知覺。通過對焊點的比較和分析，能及時對學(xué)生動作的品質(zhì)、結(jié)構(gòu)、控制和效能等操作技能進行評價，從而判斷學(xué)生操作的模仿、整合和熟練程度。

（3）熔池控制訓(xùn)練能直接體現(xiàn)操作技能的“熟練”程度：通過焊接工藝參數(shù)的變化和學(xué)生的訓(xùn)練，使學(xué)生逐漸體會各種焊接條件下，工藝參數(shù)對熔池和焊縫成形的影響。如在中“V”型坡口單面焊雙面成形的訓(xùn)練中，特別是根部間隙變化較大時，操作方法的關(guān)鍵是要建立好第一個熔池，學(xué)生的熟練程度具體反映在背面成形狀態(tài)上。①有意識地控制熔池質(zhì)量有助于提高焊接動作的品質(zhì)的穩(wěn)定性、準確性、靈活性。有利于在各種焊接條件下順利完成焊接操作。②有意識地控制熔池質(zhì)量有助于焊接動作的結(jié)構(gòu)的完善。使各個焊接動作要素之間的干擾逐漸消失、運條動作銜接連貫、流暢、協(xié)調(diào)。③有意識地控制熔池質(zhì)量有助于焊接動作的效能提高。焊接工作量完成速度標準、焊接動作具有輕快感。

4 焊接操作技能注重的“心靈”

焊接心智技能是指學(xué)生對焊接過程的內(nèi)心認知能力。學(xué)生通過適當(dāng)訓(xùn)練，基本可以判斷和分析熔池變化，其內(nèi)部心理能按照焊接質(zhì)量標準，合理且合乎焊接法則的方式所進行的一系列心理活動。

（1）焊接熔池控制的訓(xùn)練符合心智技能的形成階段：①原型定向。如定點引弧練習(xí)控制熔池，使其冷卻后形成一系列大小相近、豆狀相似、位置準確、飽滿的焊點。②原型操作。即前蘇聯(lián)心理學(xué)家加里培林物質(zhì)或物質(zhì)化活動階段。如合理選擇焊條、調(diào)節(jié)電流、在安全、勞保措施防護下，引燃電弧并訓(xùn)練保持焊接電弧高度和角度的前提下及時送進、前移、擺動焊條來控制熔池。③原型內(nèi)化。觀察分析焊點，通過心智技能訓(xùn)練了解判斷缺陷產(chǎn)生原因，調(diào)整焊接操作方法。通過反復(fù)模仿、比較、整合焊接操作技能，通過心智活動的實踐模式向?qū)W生頭腦內(nèi)部轉(zhuǎn)化。④焊接過程熔池的結(jié)晶特點對焊縫成形的影響。焊接熔池的結(jié)晶過程也是晶核的形成和晶核的長大過程。但由于凝固條件的巨大差異使得焊接熔池的結(jié)晶過程表現(xiàn)出非平衡結(jié)晶、聯(lián)生結(jié)晶和競爭成長以及成長速度方向動態(tài)變化的特征。控制熔池的尺寸及溫度梯度就可控制熔池的結(jié)晶形態(tài)，晶粒的大小及成長方向，以期獲得晶粒細小的結(jié)晶組織，提高焊縫的強度和韌性。如焊接電流，焊接速度變化時的焊縫成形對比，就能很直觀說明。

（2）焊接熔池控制的訓(xùn)練符合心智技能的培訓(xùn)要求。①焊接熔池控制易于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性。訓(xùn)練初期學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高、求知欲強，但缺乏焊接的基礎(chǔ)知識。焊接熔池控制動作簡單，易協(xié)調(diào)，學(xué)生不至于顧此失彼、手忙腳亂。②焊接熔池控制具備焊接操作原型的完備性、獨立性與概括性。焊接熔池控制包含準確引弧，長弧預(yù)熱，焊接接頭，收弧與填滿弧坑等焊接基本操作，包含電弧長度，焊接電流，焊條角度，焊接速度，電弧穩(wěn)定性，燃滅弧時間、頻率、節(jié)奏等焊接工藝參數(shù)，包含熔池大小、形狀、厚薄、渣液分離，溫度高低，凝固時間等焊接質(zhì)量元素。③焊接熔池控制適應(yīng)學(xué)生培養(yǎng)的階段特征，便于正確使用語言。一是符合中職學(xué)生的認知發(fā)展與教育，即瑞士心理學(xué)家皮亞杰：關(guān)于適當(dāng)?shù)挠?xùn)練來加快認知發(fā)展階段轉(zhuǎn)化的速度。二是符合前蘇聯(lián)維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論，即在有指導(dǎo)的情況下借助成人的幫助所能達到的解決問題與獨自解決問題之間的差異。三是符合學(xué)習(xí)的基本規(guī)律“即做中學(xué)”。四是符合中職學(xué)生的特征和能力。

經(jīng)幾年來的實際培訓(xùn)教學(xué)和比較可以說明，只要學(xué)生明確熔池的作用，熟練掌握熔池控制的方法，就能對焊接操作活動建立穩(wěn)定、清晰的動覺。如長弧、短弧，焊條角度，擺動幅度，運條速度等進行調(diào)整應(yīng)用。

5 結(jié)語

中職學(xué)生的技能培養(yǎng)、訓(xùn)練的目標是技能的知行合一，即心智技能和操作技能合一。中職學(xué)生的技能教學(xué)策略“教學(xué)做合一”，以培養(yǎng)學(xué)生從整體上駕馭知識的能力。任何技能訓(xùn)練的關(guān)鍵都是基礎(chǔ)技能的掌握程度，好的開始就是成功的一半。焊接技能訓(xùn)練“好的開始”就是要求學(xué)生能夠做成第一個輪廓邊界清晰、渣液分離完全的熔池，其后根據(jù)焊接目的、要求，焊件材質(zhì)、厚度和焊條型號、規(guī)格，調(diào)整好（焊接電流、根部間隙），控制好（電弧電壓、焊接速度、運條方法、燃滅弧頻率）等工藝參數(shù)后，做成一個個輪廓邊界、渣液分離清晰的熔池，形成波紋緊密重疊、疏密一致的焊縫。筆者膚淺的認為：焊接技能培訓(xùn)的關(guān)鍵是焊接熔池能控制好，一是可以說明其已基本掌握了焊接操作技能，二是可以通過工藝參數(shù)的變換來訓(xùn)練、提高其焊接技能。