比較法在焊接加工專業教學的運用分析

嚴紅偉

摘要：焊接技術加工材料眾多，并且所用的加工材料繁雜，不僅有金屬，還有橡膠、陶瓷，玻璃等，應用廣泛，應用領域如航天航空、核能利用、電子信息、海洋鉆探、高層建筑，都離不開焊接技術的應用，科學技術的不斷發展及電子技術在焊接工藝上的應用，都給焊接技術的發展拓展了空間，同時也給焊接加工專業教學帶來一定的困惑，所以要想搞好焊接加工專業教學，就得尋求一條適合自己的教學方法，本文結合自己多年的教學經驗，就比較法在焊接加工專業教學的應用進行分析，主要從焊接方法和焊件材料成分兩個方面進行比較。

關鍵詞：比較法;焊接加工專業教學;運用

1 ?比較法概述

比較法是通過觀察，分析，找出研究對象的相同點和不同點。它是認識事物的一種基本方法。然而應用于教學中時，它通過對各種類型的知識進行對比教學，使學生對所學知識的特性和共性更好地了解和掌握。此方法具有適應范圍廣、用法簡單，同時具有較強邏輯性和科學性，同時也有利于學生思維能力擴展和邏輯思能力培養，因此通過加強比較和分析，在專業學習中，有效提高教學質量和學習效果，從而受到學生、教師的認可和接受。在焊接加工專業教學中通過比較法的應用，使學生能夠更好地理解各種焊接技術、工藝以及影響因素對焊接質量的影響，使焊接加工專業教學難度有效降低，教學質量得到有效提高。

2 ?比較法在教學中的應用

焊接是通過加壓、加熱或兩者并用，用或不用填充金屬使工件達到結合的一種工藝方法。

2.1 焊接方法

按照金屬在焊接過程中所處的狀態及工藝特點不同，金屬的焊接方法分為熔焊、壓焊和釬焊。熔焊是在焊接過程中將焊件接頭加熱至融化狀態，不加壓完成焊接的方法，常見的主要有氣焊、電弧焊、電渣焊等，在熔焊時，為了防止局部融化的高溫焊縫金屬與空氣接觸而造成性能的惡化，熔焊過程都必須采取有效的焊接區保護，保護形式也是區分熔焊方法的一個特征，因此，在教學過程中就可以有意識的把各種常用焊接方法的保護形式進行對比教學，如：埋弧自動焊采用熔渣保護，二氧化碳焊、鎢極氬弧焊采用氣體保護，焊條電弧焊則是采用熔渣和氣體聯合保護。對各種常用焊接方法的保護形式進行系統的講解和比較，使學生更容易記憶;壓焊是在焊接過程中必須對焊件施加一定的壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法。壓焊常見的焊接方法有鍛焊、電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、爆炸焊等，在壓焊焊接方法中分為加熱或不加熱兩種形式，比如將金屬接觸部分加熱至塑性狀態和局部融化狀態，然后施加一定的壓力，使金屬原子間相互結合而形成的不可拆卸的接頭，如鍛焊、電阻焊、摩擦焊。另一種方式則是不需要加熱，僅在被焊金屬的接觸面上施加足夠大的壓力，借助壓力形成塑性變形，使焊件的原子間相互接近而獲得牢固的不可拆卸的接頭，如冷壓焊、爆炸焊;釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點但低于母材熔點的溫度，利用液態釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。常見的釬焊方法主要有烙鐵釬焊、火焰釬焊、真空釬焊感應釬焊等，在釬焊的焊接方法中主要注意的就是釬料的熔點，分為軟釬焊和硬釬焊，釬料熔點在450℃以下的稱為軟釬焊，在450℃及以上的稱為硬釬焊。

2.2 焊件材料成分

焊件的材料成分不同，所對應的焊接工藝就會有所區別，現就Q235普通碳素結構鋼和0Cr18Ni9不銹鋼兩種常用材料成分的不同在教學過程中教學比較分析。

2.2.1 Q235鋼

Q235普通碳素結構鋼是工程中應用最多的鋼種。其特點雜質和非金屬夾雜物較多，但冶煉容易，工藝性好，價格便宜，產量大，在性能上能滿足一般的工程結構及普通零件的要求，因此，應用較為廣泛，Q235鋼材通常是軋制成鋼板和各種型材，用于廠房、橋梁、船舶等的建造或制造一些受力不大的機械零件，如鉚釘、螺釘、螺母等。Q235鋼的化學成分中含碳量為0.12%～0.22%。含錳量≥0.30%，含磷量≤0.045%，含硫量≤0.05%，含硅量≤0.030%。在力學性能上表現出的屈服強度為235MP，抗拉強度380～470MP，延伸力25～27%。Q235鋼含碳量和其他合金元素含量較低，其塑性和韌性較好，焊接性能優良，一般不必預熱和焊后熱處理等工藝，對電源設備也沒有特殊的要求，一般的交流、直流焊機都可以進行焊接，在實際工作和實訓過程中，根據加工工件的要求不同，可選擇焊條電弧焊、二氧化碳氣體保護焊、鎢極氬弧焊和埋弧自動焊等焊接方法。

2.2.2 0Cr18Ni9不銹鋼

0Cr18Ni9不銹鋼是奧氏體不銹鋼的一種，被廣泛用于化工設備、食品用設備、器具、工業設備、高溫耐腐蝕的零件，如墊片、熱交換管及其它結構構件。其化學成分中，含碳量≤0.08%，含錳量≤2.0%，含磷量≤0.035%，含硫量≤0.030%，含硅量≤1.00%，鎳含量為8.0～11.0%，鉻含量為18.00～20.00%，屈服強度為≥205MP，抗拉強度≥520MP，延伸力≥40%。0Cr18Ni9不銹鋼的具有較高的變形能力并不可淬硬，總體上講焊接性能良好。但為了更好地保證焊縫及焊接接頭的質量，在實際生產和實習過程中需要解決0Cr18Ni9不銹鋼的一些特殊問題，如接頭各種形式的腐蝕、焊接熱裂紋、鐵素體含量的控制等。

①接頭的晶間腐蝕。晶間腐蝕是一種局部性的腐蝕，它會導致晶粒間的結合力喪失，材料強度幾乎為零，這是在教學過程中值得重視的危險性腐蝕現象。所以必須采取相應的措施，從而提高焊接接頭耐晶間腐蝕的能力，如降低母材和焊縫中的含碳量，就是將含碳量降到小于等于其常溫狀態下在γ相中的溶解度，這樣在加熱時就很少有Cr23C6析出，這樣的話，從根本上可避免貧鉻層的形成，貧鉻層越少，耐晶間腐蝕能力就會增強;在鋼中適當加入能夠形成穩定碳化物的元素，與碳親和力大于鉻的鈦、鈮等元素，這些元素在冶金反應過程中將先與碳結合，因此減少了貧鉻層的產生。

②應力腐蝕開裂。金屬在應力和腐蝕性介質的共同作用下，發生的腐蝕破壞叫應力腐蝕開裂。在純金屬中一般不存在應力腐蝕開裂傾向，但在不銹鋼中，應力腐蝕就會比較敏感。不銹鋼在焊接過程中和焊后產生應力腐蝕開裂的因素比較多，主要有鋼的成分、組織狀態，介質的種類、溫度、濃度，產生應力的性質、大小及結構特點等。那么在實訓教學過程中，針對0Cr18Ni9不銹鋼應力腐蝕開裂問題該采取什么措施呢？首先就得讓學生掌握Q235鋼與0Cr18Ni9不銹鋼在性能上存在的不同，找出0Cr18Ni9不銹鋼產生應力腐蝕開裂的影響因素，從而引導學生選用對應力腐蝕開裂敏感性低的材料;消除產品的殘余應力，盡可能地減少結構或部件中的殘余應力，可采用熱處理的方法消除應力和錘擊焊縫的方法降低表面殘余應力;對材料進行防蝕處理通過電鍍、噴鍍、等方法，用金屬或非金屬覆蓋層將金屬與腐蝕介質隔離;改進部件結構及接頭設計，一個合理的設計將是減小焊接殘余應力最有效的方法。

③焊接接頭的熱裂紋。奧氏體不銹鋼焊接時產生的裂紋是熱裂紋，在焊縫和熱影響區都可能出現。焊縫中主要是結晶裂紋，奧氏體鋼對熱裂紋比較敏感，主要是由冶金因素決定的。那么怎樣防止焊縫中結晶裂紋呢？主要從以下幾個方面考慮：

1）在焊接過程中硫是產生熱裂紋的主要元素，因此應對有害雜質硫、磷含量進行嚴格控制。

2）將焊縫金屬調整為雙相組織，在奧氏體基體上有5%左右的δ鐵素體相時，裂紋敏感性大大降低。因此，在焊接0Cr18Ni9時，采用γ+δ雙相焊條，能有效防止結晶裂紋。

3）合理進行合金化，為了提高焊縫的抗裂能力，只能在嚴格限制有害雜質的前提下進行合理的合金化。在單相穩定奧氏體鋼中適當增加Mn、C、N的含量可以改善抗裂性。

4）在工藝上，要使焊縫的熱裂傾向降低，制定合理的焊接工藝是必須的，盡量避免熔池過熱和減小接頭的殘余應力，采用小電流進行焊接，可焊接一段焊縫進行錘擊，然后再焊接下一段焊縫。

④鐵素體含量控制。鐵素體含量的多少，將直接關系到奧氏體耐熱鋼的抗熱裂性、δ相脆變和熱強性。從抗熱裂性角度考慮，焊縫金屬內含有一定量的鐵素體是有益的，但從δ相胞變和熱強性角度考慮，則是鐵素體含量越低越好，怎樣解決這一對矛盾是奧氏體耐熱鋼焊接的核心問題。焊縫金屬中隨著鐵素體含量的上升，奧氏體鉻鎳鋼焊縫金屬的常溫抗拉強度增大，變形能力下降。然而，高溫抗拉強度、高溫持久強度及低溫韌性均明顯降低。因此，對于高溫強度要求高的焊接接頭，必須嚴格控制鐵素體含量，在某些場合下必須采用全奧氏體的焊縫金屬。

在焊接加工中，需要對各個工藝環節加強控制，其中包括原材料選擇、焊接前準備、焊接工藝措施、成品質量檢測等。在焊接加工專業教學中，需要將各個環節與教學內容相結合，同時需要對每種材料、每個參數、每道工序、每個尺寸進行對比，加強各影響因素對焊接質量影響程度的分析，以及比較在條件相同的情況下，焊接質量因焊接方式不同而存在的差異等，通過這種方式，使焊接加工教學的復雜性降低，學生更容易理解。

3 ?焊接加工技術應用現狀

焊接技術經過了很長的發展時間，焊接加工體系也較為成熟完善。目前氣割、氣焊、電弧焊等技術得到了廣泛應用，技術也在不斷更新換代，新技術也得到了不斷推廣應用，現在計算機技術的引入，人工智能技術也使機器人切割和焊接技術得到發展。

4 ?結束語

在焊接加工專業教學中，因焊接技術和工藝、以及材料較多，同時教學存在抽象性，給教學帶來了較大的難度。目前比較法在眾多教學領域中得到廣泛應用，在焊接加工專業教學中，通過比較法的應用，可以利用縱向和橫向比較的方式，對焊接材料、焊接技術、焊接參數等進行比較，通過比較法能夠使學生更清晰地了解各影響因素對焊接質量所造成的影響，對教學效果起到有效提升的作用。

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