中職焊工工藝課教學之我見

李明智

[摘?????????? 要]? 焊工工藝課是中等職業學校機械類焊接專業必修的一門專業核心課，它的內容涵蓋了焊接原理、安全生產防護知識、焊條、焊接電源、焊接化學冶金、焊接應力與變形、常用金屬材料的焊接及焊接缺陷與檢驗等多方面內容，有的出版社出版的教材又稱融焊工藝課，作為熱加工工藝的一門課程，簡要闡述如何教好這門課程，焊接專業的教師在實際教學中可以作為一個借鑒。

[關??? 鍵?? 詞]? 焊接工藝;金屬材料與熱處理;虛擬焊接;微課

[中圖分類號]? G712?????? ?????????? [文獻標志碼]? A???????? ????? [文章編號]? 2096-0603（2019）08-0072-02

焊工工藝課是中等職業學校機械類焊接專業必修的一門專業核心課，它的內容涵蓋了焊接原理、安全生產防護知識、焊條、焊接電源、焊接化學冶金、焊接應力與變形、常用金屬材料的焊接及焊接缺陷與檢驗等多方面內容。在實際教學中發現，學生掌握起來有很大難度，部分年輕教師在教學中也存在一些困惑，對如何教好這門課程，不知從何下手，本人結合多年的教學實踐，總結以下三方面的經驗，即加強企業實踐、知識的融會貫通、充分利用現代化教學手段等提升教學效果。

一、知識的融會貫通

焊工工藝涉及化學、力學、金屬材料與熱處理等多門基礎學科的知識，而目前就讀中職學校的學生大多文化基礎較差，更談不上對知識的綜合運用能力。下面主要就化學、力學、金屬材料等幾個學科的知識在焊接工藝中的運用作一簡單說明。

（一）化學方面相關知識

化學方面的知識在焊工工藝中主要涉及焊接安全生產的易燃、易爆和焊接化學冶金方面的知識，重點是焊接化學冶金知識，現淺析如下。

焊接化學冶金過程是焊接區中各種物質（熔化金屬、熔渣、氣體）之間在高溫下相互作用的過程。焊接區的有害元素主要有O、H、N、S、P等。

1.氧對焊接質量的影響

燒損有益元素，降低焊縫的力學性能、產生氣孔、產生飛濺，影響焊接過程穩定。

2.氫對焊接質量的影響

形成氣孔，產生冷裂紋。

3.氮對焊接質量的影響

形成氣孔，影響力學性能。

4.硫、磷對焊接質量的影響

產生裂紋，降低焊縫金屬的力學性能。

焊接化學冶金過程就是脫氧，去氫，排氮，除硫、磷的過程。教師在講授這方面知識時，可以搜集有關氧化—還原反應、置換反應、中和反應的知識，讓學生在理解這方面化學原理的基礎上掌握焊接化學冶金過程的知識。

（二）力學方面相關知識

焊接應力與變形一直是焊工工藝教學中的一個重點和難點內容。焊接應力與變形是焊接中不可避免的，其危害是焊接過程中產生的應力與變形，往往使焊接產品的質量下降或使下一道工序無法順利進行。因此我們必須找出它們產生的原因與規律，在實際生產中采取一定的工藝措施減小焊接應力的危害。

學生在初中階段接觸到的力的概念是：力是物體之間的相互作用，其實質是牛頓運動學上力的概念。而內應力的概念是：當沒有外力存在時，物體內部存在的應力，這一論述，學生一時很難接受，覺得沒有別的物體的作用，怎么會有力產生呢？百思不得其解。為了便于學生理解，我們主要以熱應力為主加以講解。從生活中的常識入手，裝入開水的普通玻璃杯，馬上再裝入冷水，就會出現開裂現象，為什么呢？分析如下：整個過程中，我們沒有摔打杯子，而杯子出現裂紋，說明一定存在著另外一種力，要不然不會出現裂紋，此時杯子沒有受到別的物體的作用，說明這個力是存在于杯子的內部，也就是我們所說的內應力，是這個力使杯子產生裂紋。那這個力是怎么產生的呢？我們都知道物體熱脹冷縮的道理，通過分析，我們發現，當我們把玻璃杯中的開水倒掉，倒入冷水時，冷水與杯子的接觸是一個局部到整體的接觸過程，或者是先與杯底接觸，或是先與杯壁接觸，也就是局部先冷卻，溫度先降下來，而其他部位的溫度還很高，此時由于收縮不均勻，溫度低的部位收縮量大，溫度高的部位收縮量小，收縮量大的部位的收縮受到收縮小的部位的阻礙。這種不均勻的收縮產生了這個內部應力。通過這樣一個生活中的小例子，再引申到實際焊接環境中，焊接也是一個不均勻的加熱和冷卻過程（熱源只是在局部進行加熱），在這個過程中產生焊接應力，由于力的分布不對稱，產生彎曲、波浪、扭曲等變形;加之材料、組織等方面因素的影響，產生焊接裂紋。通過這樣講解，學生既理解了內應力的概念，又對焊接變形、焊接裂紋的產生機理有了進一步認識。

（三）金屬材料與熱處理方面相關知識

焊工工藝作為一門熱加工學科，可以說金屬材料、熱處理的知識與它的聯系是最為緊密的。主要體現在以下幾個方面。

1.鐵碳相圖

碳鋼和低合金結構鋼是焊接生產中經常接觸的材料之一，（含碳量在低碳到中碳部分）也是焊接性較好的材料。焊縫的組織與性能對焊縫的質量有重要影響。鐵碳合金相圖是在緩慢加熱（冷卻）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態或組織隨溫度變化的圖形。

鐵碳相圖是在平衡狀態下得到的，盡管實際焊接環境冷卻速度要快得多，但我們可以通過鐵碳相圖估算焊縫金屬一次結晶、二次結晶的組織、熱影響區的組織，進而分析其力學性能的變化，如強度、硬度、韌性等指標的變化。隨著含碳量的增加，鋼的強度、硬度增加，而塑性和韌性下降，碳鋼及低合金鋼的焊接性也變壞。因此，焊接時需采取預熱、后熱及焊后熱處理等工藝措施。

2.金屬學的知識

金屬材料在固態下一般均屬于多晶體，晶粒大小對金屬的力學性能有重要的影響。一般地說，在室溫下，細晶粒金屬具有較高的強度和韌性，為了保證焊縫的力學性能，我們經常采用一些措施細化晶粒，如錘擊焊縫、變質處理等，這些措施的依據就是取自金屬學的相關原理。如果焊接時熱輸入量過大（如電渣焊時），出現過熱組織，則需正火處理，以細化晶粒，保證焊縫金屬的力學性能。

3.熱處理的知識

工件和零件中存在內應力是十分有害的，前面在力學知識中，我們知道焊件中的內應力是產生焊接變形和裂紋的重要原因，因此我們經常采用消除應力退火的方法，即焊后將焊件整體或局部加熱到相變點以下某一溫度（一般為600～650℃），保溫一定時間，然后緩慢冷卻，從而消除焊接殘余應力的方法。它的原理是，一般材料（碳鋼和低合金鋼）的力學性能與溫度有著十分緊密的聯系。消除應力退火雖然加熱溫度在相變點以下，金屬未發生相變，但在此溫度下，其屈服點降低了，使內部在殘余應力的作用下產生一定的塑性變形，使應力得以消除。

二、充分利用現代化培訓設備及教學手段

（一）引入虛擬仿真實訓系統

傳統焊接實訓一般全程采用實操訓練模式，投入大、不環保、易發生安全事故。近年來，隨著科學技術的發展，各職業院校眾多專業都在積極探求一種安全、環保、高效的數字化實訓模式，因此虛擬焊接綜合仿真實訓系統已逐步進入焊接專業實訓中，它是傳統實訓方法的重要補充。我國國內的廠家已經能制造出媲美國外的產品，虛擬綜合仿真實訓系統由教師機和學員機組成，是新一代通用節能、環保和焊接操作實訓與考核系統。廣泛應用于中、高職院校以及大型企業的培訓中心等。該系統集分布式仿真技術、微機測控技術、聲音仿真技術、虛擬現實技術等尖端技術于一體，能夠模擬二氧化碳保護焊、手工電弧焊、氬弧焊三種焊機類型，其訓練手感及訓練效果與真實焊機保持一致，且不需要焊絲、焊條、工件、氣體和工業用電，不會產生煙塵，不存在安全隱患，并可長時間不停機連續使用，從而使教學與實訓變得更加輕松與高效。

（二）打造互聯網思維，充分利用“微課”等新信息技術手段

2017年1月、2月，中國教育報、人民日報分別發表了職業教育如何步入“互聯網+”時代和融入“互聯網+”職業教育才有未來的文章，文章中從多個方面闡述了職業教育未來發展的方向。其中，談到“互聯網+”背景下職業院校辦學轉型這一問題時，作者提出的資源改造開發基于移動學習的信息化學習資源。職業院校開發了大量信息化專業教學資源，但使用效果不盡如人意，其中一個重要原因在于缺乏對學習者需求的考慮，因此必須及時完成對“教學資源”向“學習資源”的改造。一方面，改造要體現可視性和交互性，可將紙質文本轉變為圖表、動畫或視頻，在紙質教科書中或者在操作設備旁提供二維碼，移動終端掃描即可拓展閱讀材料或觀看視頻，從而將傳統的“一維”資源改造成“三維”甚至“四維”教學資源;另一方面，構建信息主動推送機制，將原來文本的、整體化的課程信息進行切割，依據教學進度向移動學習終端定時推送，改變學生的學習習慣和行為模式。

現今所倡導的微課正是這一思路的具體體現，微課是指運用信息技術按照認知規律，呈現碎片化學習內容、過程及擴展素材的結構化數字資源。微課是新信息技術手段對傳統教學的一個重要補充，中職生的認知特點是，注意力集中時間不高，難以完成長時間的專注。因此充分利用微課的特點，特別是隨著互聯網和智能手機的普及，使學生課下也能隨時學習，輔助于我們的傳統課堂教學，必將起到事半功倍的效果。

三、加強企業實踐

目前絕大多數焊接專業的教師大學畢業后直接從事職業教育工作，缺乏實際工作經驗，盡管在學習期間有過實際操作及赴企業實習的經歷，但由于本科教育的培養目標不是一線的操作工人，因此，實際操作水平不高，又因為缺乏工廠的工作經歷，沒有產品生產從材料入庫到最后出廠的全流程體驗，在知識傳授中存在知識結構松散、不能提綱挈領、照本宣科的缺點，因此，加強企業實踐變得尤為迫切。很多參與過企業實踐的教師反映，通過企業實踐掌握了很多書本之外的知識，例如控制焊接變形、殘余應力的實際操作方法;焊接工藝的制訂;焊接檢驗方法的操作、見到了更多書本之外的先進焊接設備;對裝配、定位、焊接預熱、焊后緩冷以及焊后熱處理等焊接輔助工藝措施有了更加深刻的理解和認識，在授課過程中通過案例教學，將若干個產品焊接加工的全過程展現給學生，學生反映較好。當然，做好赴企業實踐工作，也是學校強化校企合作的重要體現，實現校企雙方互惠雙贏。

當今世界，焊接新材料、新的焊接技術不斷涌現，信息技術不斷發展，我們要緊跟時代與技術的發展步伐，不斷更新自己的知識，在豐富自己專業知識的基礎上融會貫通，并充分利用現代信息、智能技術，只有這樣，才能教好中職焊工工藝課。

參考文獻：

[1]張麗平.如何提高《焊工工藝》課的教學質量[J].職業教育研究，2004（12）：69-70.

[2]雷巖杰，楊寶平.談中職教學中《焊工工藝學》的教法[J].河南科技，2013（1）：240.