比较法在焊接加工专业教学的运用分析

严红伟

摘要：焊接技术加工材料众多，并且所用的加工材料繁杂，不仅有金属，还有橡胶、陶瓷，玻璃等，应用广泛，应用领域如航天航空、核能利用、电子信息、海洋钻探、高层建筑，都离不开焊接技术的应用，科学技术的不断发展及电子技术在焊接工艺上的应用，都给焊接技术的发展拓展了空间，同时也给焊接加工专业教学带来一定的困惑，所以要想搞好焊接加工专业教学，就得寻求一条适合自己的教学方法，本文结合自己多年的教学经验，就比较法在焊接加工专业教学的应用进行分析，主要从焊接方法和焊件材料成分两个方面进行比较。

关键词：比较法;焊接加工专业教学;运用

1  比较法概述

比较法是通过观察，分析，找出研究对象的相同点和不同点。它是认识事物的一种基本方法。然而应用于教学中时，它通过对各种类型的知识进行对比教学，使学生对所学知识的特性和共性更好地了解和掌握。此方法具有适应范围广、用法简单，同时具有较强逻辑性和科学性，同时也有利于学生思维能力扩展和逻辑思能力培养，因此通过加强比较和分析，在专业学习中，有效提高教学质量和学习效果，从而受到学生、教师的认可和接受。在焊接加工专业教学中通过比较法的应用，使学生能够更好地理解各种焊接技术、工艺以及影响因素对焊接质量的影响，使焊接加工专业教学难度有效降低，教学质量得到有效提高。

2  比较法在教学中的应用

焊接是通过加压、加热或两者并用，用或不用填充金属使工件达到结合的一种工艺方法。

2.1 焊接方法

按照金属在焊接过程中所处的状态及工艺特点不同，金属的焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊。熔焊是在焊接过程中将焊件接头加热至融化状态，不加压完成焊接的方法，常见的主要有气焊、电弧焊、电渣焊等，在熔焊时，为了防止局部融化的高温焊缝金属与空气接触而造成性能的恶化，熔焊过程都必须采取有效的焊接区保护，保护形式也是区分熔焊方法的一个特征，因此，在教学过程中就可以有意识的把各种常用焊接方法的保护形式进行对比教学，如：埋弧自动焊采用熔渣保护，二氧化碳焊、钨极氩弧焊采用气体保护，焊条电弧焊则是采用熔渣和气体联合保护。对各种常用焊接方法的保护形式进行系统的讲解和比较，使学生更容易记忆;压焊是在焊接过程中必须对焊件施加一定的压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。压焊常见的焊接方法有锻焊、电阻焊、摩擦焊、冷压焊、爆炸焊等，在压焊焊接方法中分为加热或不加热两种形式，比如将金属接触部分加热至塑性状态和局部融化状态，然后施加一定的压力，使金属原子间相互结合而形成的不可拆卸的接头，如锻焊、电阻焊、摩擦焊。另一种方式则是不需要加热，仅在被焊金属的接触面上施加足够大的压力，借助压力形成塑性变形，使焊件的原子间相互接近而获得牢固的不可拆卸的接头，如冷压焊、爆炸焊;钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。常见的钎焊方法主要有烙铁钎焊、火焰钎焊、真空钎焊感应钎焊等，在钎焊的焊接方法中主要注意的就是钎料的熔点，分为软钎焊和硬钎焊，钎料熔点在450℃以下的称为软钎焊，在450℃及以上的称为硬钎焊。

2.2 焊件材料成分

焊件的材料成分不同，所对应的焊接工艺就会有所区别，现就Q235普通碳素结构钢和0Cr18Ni9不锈钢两种常用材料成分的不同在教学过程中教学比较分析。

2.2.1 Q235钢

Q235普通碳素结构钢是工程中应用最多的钢种。其特点杂质和非金属夹杂物较多，但冶炼容易，工艺性好，价格便宜，产量大，在性能上能满足一般的工程结构及普通零件的要求，因此，应用较为广泛，Q235钢材通常是轧制成钢板和各种型材，用于厂房、桥梁、船舶等的建造或制造一些受力不大的机械零件，如铆钉、螺钉、螺母等。Q235钢的化学成分中含碳量为0.12%～0.22%。含锰量≥0.30%，含磷量≤0.045%，含硫量≤0.05%，含硅量≤0.030%。在力学性能上表现出的屈服强度为235MP，抗拉强度380～470MP，延伸力25～27%。Q235钢含碳量和其他合金元素含量较低，其塑性和韧性较好，焊接性能优良，一般不必预热和焊后热处理等工艺，对电源设备也没有特殊的要求，一般的交流、直流焊机都可以进行焊接，在实际工作和实训过程中，根据加工工件的要求不同，可选择焊条电弧焊、二氧化碳气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧自动焊等焊接方法。

2.2.2 0Cr18Ni9不锈钢

0Cr18Ni9不锈钢是奥氏体不锈钢的一种，被广泛用于化工设备、食品用设备、器具、工业设备、高温耐腐蚀的零件，如垫片、热交换管及其它结构构件。其化学成分中，含碳量≤0.08%，含锰量≤2.0%，含磷量≤0.035%，含硫量≤0.030%，含硅量≤1.00%，镍含量为8.0～11.0%，铬含量为18.00～20.00%，屈服强度为≥205MP，抗拉强度≥520MP，延伸力≥40%。0Cr18Ni9不锈钢的具有较高的变形能力并不可淬硬，总体上讲焊接性能良好。但为了更好地保证焊缝及焊接接头的质量，在实际生产和实习过程中需要解决0Cr18Ni9不锈钢的一些特殊问题，如接头各种形式的腐蚀、焊接热裂纹、铁素体含量的控制等。

①接头的晶间腐蚀。晶间腐蚀是一种局部性的腐蝕，它会导致晶粒间的结合力丧失，材料强度几乎为零，这是在教学过程中值得重视的危险性腐蚀现象。所以必须采取相应的措施，从而提高焊接接头耐晶间腐蚀的能力，如降低母材和焊缝中的含碳量，就是将含碳量降到小于等于其常温状态下在γ相中的溶解度，这样在加热时就很少有Cr23C6析出，这样的话，从根本上可避免贫铬层的形成，贫铬层越少，耐晶间腐蚀能力就会增强;在钢中适当加入能够形成稳定碳化物的元素，与碳亲和力大于铬的钛、铌等元素，这些元素在冶金反应过程中将先与碳结合，因此减少了贫铬层的产生。

②应力腐蚀开裂。金属在应力和腐蚀性介质的共同作用下，发生的腐蚀破坏叫应力腐蚀开裂。在纯金属中一般不存在应力腐蚀开裂倾向，但在不锈钢中，应力腐蚀就会比较敏感。不锈钢在焊接过程中和焊后产生应力腐蚀开裂的因素比较多，主要有钢的成分、组织状态，介质的种类、温度、浓度，产生应力的性质、大小及结构特点等。那么在实训教学过程中，针对0Cr18Ni9不锈钢应力腐蚀开裂问题该采取什么措施呢？首先就得让学生掌握Q235钢与0Cr18Ni9不锈钢在性能上存在的不同，找出0Cr18Ni9不锈钢产生应力腐蚀开裂的影响因素，从而引导学生选用对应力腐蚀开裂敏感性低的材料;消除产品的残余应力，尽可能地减少结构或部件中的残余应力，可采用热处理的方法消除应力和锤击焊缝的方法降低表面残余应力;对材料进行防蚀处理通过电镀、喷镀、等方法，用金属或非金属覆盖层将金属与腐蚀介质隔离;改进部件结构及接头设计，一个合理的设计将是减小焊接残余应力最有效的方法。

③焊接接头的热裂纹。奥氏体不锈钢焊接时产生的裂纹是热裂纹，在焊缝和热影响区都可能出现。焊缝中主要是结晶裂纹，奥氏体钢对热裂纹比较敏感，主要是由冶金因素決定的。那么怎样防止焊缝中结晶裂纹呢？主要从以下几个方面考虑：

1）在焊接过程中硫是产生热裂纹的主要元素，因此应对有害杂质硫、磷含量进行严格控制。

2）将焊缝金属调整为双相组织，在奥氏体基体上有5%左右的δ铁素体相时，裂纹敏感性大大降低。因此，在焊接0Cr18Ni9时，采用γ+δ双相焊条，能有效防止结晶裂纹。

3）合理进行合金化，为了提高焊缝的抗裂能力，只能在严格限制有害杂质的前提下进行合理的合金化。在单相稳定奥氏体钢中适当增加Mn、C、N的含量可以改善抗裂性。

4）在工艺上，要使焊缝的热裂倾向降低，制定合理的焊接工艺是必须的，尽量避免熔池过热和减小接头的残余应力，采用小电流进行焊接，可焊接一段焊缝进行锤击，然后再焊接下一段焊缝。

④铁素体含量控制。铁素体含量的多少，将直接关系到奥氏体耐热钢的抗热裂性、δ相脆变和热强性。从抗热裂性角度考虑，焊缝金属内含有一定量的铁素体是有益的，但从δ相胞变和热强性角度考虑，则是铁素体含量越低越好，怎样解决这一对矛盾是奥氏体耐热钢焊接的核心问题。焊缝金属中随着铁素体含量的上升，奥氏体铬镍钢焊缝金属的常温抗拉强度增大，变形能力下降。然而，高温抗拉强度、高温持久强度及低温韧性均明显降低。因此，对于高温强度要求高的焊接接头，必须严格控制铁素体含量，在某些场合下必须采用全奥氏体的焊缝金属。

在焊接加工中，需要对各个工艺环节加强控制，其中包括原材料选择、焊接前准备、焊接工艺措施、成品质量检测等。在焊接加工专业教学中，需要将各个环节与教学内容相结合，同时需要对每种材料、每个参数、每道工序、每个尺寸进行对比，加强各影响因素对焊接质量影响程度的分析，以及比较在条件相同的情况下，焊接质量因焊接方式不同而存在的差异等，通过这种方式，使焊接加工教学的复杂性降低，学生更容易理解。

3  焊接加工技术应用现状

焊接技术经过了很长的发展时间，焊接加工体系也较为成熟完善。目前气割、气焊、电弧焊等技术得到了广泛应用，技术也在不断更新换代，新技术也得到了不断推广应用，现在计算机技术的引入，人工智能技术也使机器人切割和焊接技术得到发展。

4  结束语

在焊接加工专业教学中，因焊接技术和工艺、以及材料较多，同时教学存在抽象性，给教学带来了较大的难度。目前比较法在众多教学领域中得到广泛应用，在焊接加工专业教学中，通过比较法的应用，可以利用纵向和横向比较的方式，对焊接材料、焊接技术、焊接参数等进行比较，通过比较法能够使学生更清晰地了解各影响因素对焊接质量所造成的影响，对教学效果起到有效提升的作用。

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