低合金高強度鋼的MAG焊任務驅動法教學

周勤　劉友葵

摘要：學習者肩負著任務求學，會更加主動積極地投入學習之中。職業教育，邊學邊做，會使學習效率事半功倍。本文探討任務驅動法在低合金高強度鋼的MAG焊教學中的具體運用，以提高教學效率。

關鍵詞：低合金；高強度鋼；MAG焊；任務驅動法教學

中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：1005-1422（2015）09-0086-03

一、前言

MAG焊是指在惰性氣體（Ar）中加入少量的氧化性氣體，用這種氣體作為保護氣體的焊接，即稱熔化極活性氣體保護焊（MAG焊）。職業教育中機電類專業教學，要求學生具有較強的動手能力，學習者帶著任務參與學習，邊學理論知識，邊指導實踐，全力以赴，克服難關，完成任務，學習效率事半功倍。

二、任務驅動法在低合金高強度鋼的MAG焊任務中的實施

工作任務：低合金高強度鋼Q345T形梁鋼MAG焊。

（一）學習目標

1. 掌握低合金高強度結構鋼的MAG焊工藝。

2. 回顧熔化極氬弧焊工藝。

3. 了解焊絲氣體保護電弧焊工藝。

（二）任務描述

圖1為T形梁鋼結構圖，材料為Q345。根據有關標準和技術要求，采用MAG焊進行焊接，請學習者分析及制定正確的焊接工藝，并填寫焊接工藝卡。

（三）Q345 T形鋼MAG焊工藝分析

焊接工藝分析主要包括材料的焊接性、焊絲及設備選用、混合氣體選用、焊接參數選擇等內容，需學習者細心思考、總結。

1.材料的焊接性分析

Q345鋼是低合金高強度結構鋼，由于其含碳量（Wc≤0.2%）及合金元素含量均較低，因此MAG焊焊接性較好，一般均能保證焊接質量。但由于這類鋼中含有一定量的合金元素及微合金化元素，隨著強度等級的提高、板厚增加、焊接性變差，可能出現焊接裂紋和產生焊接熱影響區脆化，這時須采用一定的焊接工藝措施，如預熱、后熱、控制熱輸入等。其焊接性分析如下：

（1）焊接裂紋

低合金高強度結構鋼焊接時容易產生裂紋，其裂紋是冷裂紋。而產生熱裂紋的可能性比冷裂紋小得多，只有在原材料化學成分不符合規定（如含S、C含量偏高）時才有可能發生熱裂紋。

焊接強度等級較低的低合金高強度鋼時，因為脆硬傾向很小，焊縫和熱影響區金屬的塑性較好，一般不會產生冷裂紋。

當強度等級逐漸提高，脆硬傾向也增加，冷裂紋傾向隨著增加；同理因厚板剛度大，焊接接頭殘余應力也大，就是說冷裂紋主要出現在強度等級較高、厚鋼板中。

（2）熱影響區脆化

低合金高強度結構鋼焊接時，熱影響區中被加熱到11000℃以上的粗晶區，它是焊接接頭的薄弱區，其沖擊韌度也最低，即所謂脆化區。熱影響區粗晶脆化主要與焊接熱輸入有關：

熱軋鋼當焊接熱輸入較大時，其粗晶區將因為晶粒長大，或出現魏氏組織等而降低韌性；熱輸入較小時，其粗晶區則因馬氏體的比例增多而降低韌性。

正火鋼受焊接熱輸入影響更大，大的熱輸入時，其粗晶區在正火狀態下的TIC、VC、VN等元素溶入奧氏體中，失去晶粒及組織調控作用而降低韌性。

在工作任務驅動教學過程中，通常將學習者分成若干小組，生生、師生、生師之間，充分討論、頭腦風暴、三方互動，學習參與者很快掌握了如何分析、解決問題的技能。

2.MAG焊常用混合氣體

（1）Ar+O2

Ar+O2活性混合氣體可用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等高合金鋼及高強鋼的焊接。焊接不銹鋼等高合金鋼及高強鋼時，O2的含量（體積分數）應控制在1%～5%；焊接碳鋼、低合金鋼時，O2的含量（體積分數）可達20%。

（2）Ar+CO2

Ar+CO2混合氣體既具有Ar的優點，如電弧穩定性好、飛濺小，很容易獲得軸向噴射過渡等，同時又因為具有氧化性，克服了用單一Ar氣焊接時產生的陰極漂移現象及焊縫成形不好等問題。Ar與CO2氣體的比例通常為（70%～80%）/（30%～20%）（體積分數）。這種比例既可用于噴射過渡電弧，也可用于短路過渡及脈沖過渡電弧。但在用短路過渡電弧進行垂直焊和仰焊時，Ar和CO2的比例最好是1∶1，這樣有利于控制熔池。現在常用的是用80%Ar+20% CO2 （體積分數）焊接碳鋼及低合金鋼。

（3）Ar+O2+CO2

Ar+O2+CO2活性混合氣體可用于焊接低碳鋼、低合金鋼，其焊縫成形、接頭質量以及金屬熔滴過渡和電弧穩定性都比Ar+O2、Ar+CO2強。

低合金高強度鋼的MAG焊任務驅動法教學

3.MAG焊焊絲

當采用熔化極活性氣體保護焊時，由于保護氣體有一定氧化性，必須使用含有Si、Mn等脫氧元素的焊絲。焊接低合金鋼時常用ER50-3、ER50-6、ER49-1焊絲。采用半自動焊，使用1.6mm以下直徑焊絲施焊；采用自動焊時，使用大于2mm的焊絲施焊。

4.MAG混合氣體保護焊設備

每個工作小組的熔化極活性氣體保護（MAG）焊設備如圖2所示。因采用混合氣體保護，所以它比一般的熔化極氣體保護焊設備系統多加入了氣源（氣瓶）和氣體混合配比器。

5.焊接參數的選擇規范

熔化極活性氣體保護焊的焊接參數主要包括焊絲的選擇、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、氣體流量、電源種類及極性等。1—Ar氣瓶；2—CO2氣瓶；3—干燥器；4—送絲小車；5—焊接電源；6—混合氣體配比器；7—焊槍；8、9—減壓流量計。

（1）MAG焊焊接電流

MAG焊焊接電流是熔化極活性氣體保護焊的重要焊接參數，焊接電流的大小應根據工件的厚度、坡口形狀、所采用的焊絲直徑以及所需要的熔滴過渡形式來選擇。表1列舉出生產實際中熔化極活性氣體保護焊焊接操作時的參數。

（2）MAG焊電弧電壓

電弧電壓也是焊接工藝中的關鍵參數之一。電弧電壓的高低決定了電弧長短與熔滴的過渡形式。當電流與電弧電壓匹配良好時，電弧穩定、飛濺少、聲音柔和，焊縫熔合良好。

（3）MAG焊焊絲伸出長度

焊絲伸出長度一般為焊絲直徑的10倍左右。

（4）MAG焊氣體流量

氣體流量也是一個重要的參數。流量太小，起不到保護作用；流量太大，保護效果也不好，而且氣體消耗大，成本高。采用半自動焊，控制氣體流量在15-25L/min左右。

（5）MAG焊焊接速度

半自動焊焊接速度全靠施焊者自行確定。因為焊接速度過快，會產生很多缺陷，如未焊透、熔合不佳、焊道薄、保護效果差、產生氣孔等；但焊接速度太慢則可能使焊縫過熱、甚至燒穿、生產率低。

（6）MAG焊電源種類及極性

熔化極活性氣體保護焊（MAG焊），為了減少飛濺，一般均采用直流反極性焊接，即焊件接負極，焊槍接正極。

（四）Q345 T形鋼MAG焊工藝確定及施焊

通過師生詳細、綜合分析，以學習者為主體、教師為主導的一體化課堂上，編制出Q345鋼T形梁鋼結構焊縫MAG焊焊接工藝如下，編制的焊接工藝卡見表2。

由于T形梁鋼結構材質為Q345，其碳的質量分數≤0.18%，抗拉強度約為500MPa，且結構簡單，板厚為10mm，故焊接性良好，焊接時不需要采取預熱、后熱及焊后熱處理等工藝措施。

2.焊接工藝

（1）焊絲

常用的MAG焊焊絲有ER50—3、ER50—6、ER49—1等，強度均能滿足焊接要求，但ER50—6的塑性、韌性要優于ER49—1，故常選用ER50—6。

（2）氣體

采用80%AR+20%CO2（體積分數）混合氣體。

（3）電源極性

MAG焊當采用交流電源，其電弧不穩。為了減少飛濺，所以選用NB-500、直流反接。

（4）焊接參數

板厚為10mm，需二層三道焊：

第一層（一道），焊絲直徑1.2mm，焊接電流165A，電弧電壓21V，氣體流量15.5L/min，焊絲伸出長度13mm。

蓋面層（兩道），焊絲直徑1.2mm，焊接電流195A， 電弧電壓22.5V，氣體流量18L/min，焊絲伸出長度13mm。

三、結束語

項目任務驅動教學法中，分小組完成任務，在執行、完成任務中可加入行為引導、頭腦風暴教學法。若干個學習小組，可能產生互有微小區別的焊接工藝，主導教師應調控、定出最佳的一、二個工藝向各小組公示，供學習者參考、參照，并在任務結束后點評、總結、公示。每個任務若選用有經濟效益的課題，化耗材型實訓為效益創收型實訓，將會有更大的意義。

參考文獻：

[1]周相軍.項目案例教學在數控編程與操作課程中的應用[J].職業，2014（01）.

[2]王洪.實用焊工手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3]張應立.新編焊工手冊[M].北京：金盾出版社，2004.

[4]張文明，焦萬才等.簡明焊工手冊[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2010.

[5]鄭海生.淺談焊接專業實習教學方法[J].職業，2011（12）.