焊接冶金实验改革研究

焊接冶金实验改革研究徐越兰，周光敏南京理工大学材料科学与工程系，南京（210094）E-mail：[e-mail]摘要：为改进目前焊接材料与焊接冶金实验模式，将原有“电焊条配方设计”、“电焊条搓制实验”、“电焊条焊接工艺性能评定”实验整合成“电焊条配方设计与焊接工艺性能评定”专项实验，使分散的实验形成连续的实验群。同时结合焊接冶金实验群的要求，研究设计“焊接材料设计与工艺性能评定”的专用计算机实验软件。关键词:焊接冶金，计算机，实验软件1．引言对于理工科大学的学生而言，实验是整个大学学习中的重要组成。材料科学是一门与实践紧密结合的学科，需要在理论知识学习的同时，强化动手和实践能力。为适应专业实验教学的变化，充实专业实验教学内容，提升实验效果，本课题针对材料加工成形专业中焊接冶金方向的实验教学进行了研究。焊接冶金实验的内容较为丰富，包括：焊接材料的设计、焊接材料的制作、焊接材料工艺性能评定、焊接接头冷热裂纹的评定等。这些实验分散在相关的专业基础课和专业课中，如：金属材料及热处理、金属焊接性、先进材料的连接。由于专业实验课随教学计划安排，通常横跨2-3个学期，使本来互有连贯的实验因教学课程的不同，分散开设，造成实验之间的连贯性差，使学生做后印象不深，实验效果不佳，具体体现在：1、实验教学时间安排比较紧，造成学生对实验内容的理解不够深入。2、学生在做实验的过程中可能会对以往所学的一些知识有所遗忘，或在实验遇到一些还不够熟悉的相关专业知识，无法做到对实验的真正理解。3、教师对学生的实验指导任务较重，一些问题及注意事项为加深学生印象须重复强调。2．焊接冶金实验改革内容为丰富焊接冶金实验的教学内容和提升教学质量，针对上述实验效果欠佳的问题，对焊接冶金实验实施教学改革，教学改革的内容包括两个方面：第一，改进目前焊接材料与焊接冶金实验模式，将原有“电焊条配方设计”、“电焊条搓制实验”、“电焊条焊接工艺性能评定”实验整合成“电焊条配方设计与焊接工艺性能评定”专项实验，主要使分散的实验形成连续的实验群。实验的主要内容：学生可依据电焊条配方设计原则，自行设计电焊条配方，清洁钢芯，配制和搅拌药皮，进行手工制备电焊条，按工艺烘烤电焊条；同时学生可在实验前就通过适当自学在课前大体上熟悉实验过程和要求，再通过老师上课时的讲解加深印象，实验中遇到困难还可借助专用计算机实验软件进行查询，顺利完成实验任务。由于将电焊条配方设计与电焊条焊接工艺性能测定捆绑进行，可加深学生对电焊条配方设计特点、焊接工艺性能测试方法和内容以及二者之间工艺关联的感性认识。学生将自制电焊条与市售电焊条进行焊接工艺性能测试对比，进行两种焊条的焊接工艺性能评定，并依据测试数据，写出分析报告。第二，结合焊接冶金实验群的要求，加入专业基础课等相关知识，研究设计“焊接材料设计与工艺性能评定”的专用计算机实验软件。“焊接材料的设计与焊接工艺性能评定”实验软件内容包含所有与实验相关的资料，具体有实验原理的说明、实验过程指导、工艺测定及方法、相关专业知识查询（包括焊接工艺的参数，标准的电焊条配方等）的详细资料以及实验报告格式等内容。同时实验报告已将书写格式定好，内容包括配方设计、焊接工艺、焊条烘干工艺、设计原则及要解决的问题、设计电焊条与市售电焊条工艺对比、对本实验方法的感想和建议，以达到学生明确实验报告的写作格式与要求的目的。在专用计算机实验软件中，设计了老师通过本软件对学生实验报告进行查询和批改的功能，老师可方便地查看每位同学的实验报告，并在上面直接与学生交流、批改。这样可以较为及时的发现和纠正实验中存在的问题和错误，强化实验效果。3．焊接冶金专用计算机实验软件介绍1.“焊接材料的设计与焊接工艺性能评定实验软件”，界面见图1。图1焊接材料的设计与焊接工艺性能评定实验软件界面2.实验软件选用VB语言进行设计，在编程的过程中对软件的结构采用标题栏结合下拉式菜单的方式[5]，在系统菜单栏内包含了：标准焊条配方、焊条配方实验指导[4]、工艺测定及方法、参考焊接工艺参数、试验报告格式、金属及焊缝接头金相分析、焊接接头和使用说明八大内容。有的标题栏下直接链接PPT,点击后与一般的PPT一样使用。同时许多菜单下设立子菜单进行结构的设计，在点击进入各菜单下后进入下级菜单，再双击后即可进入阅读所需内容。其中有的菜单栏下设立子菜单，如图标准焊条配方栏，点击后弹出两级子菜单，一级子菜单为酸性配方和碱性配方（图2），二级子菜单为酸性配方下的配方一、配方二和配方三，点击配方一、配方二和配方三或碱性配方即可进入配方界面，双击界面后可进行阅读。图形界面如下：酸性焊条示范配方[4]图4碱性焊条示范配方3.通过查找各种VB的相关书籍，利用编程序完成软件中word及PPT的链接和调用[6]，PPT在使用中若要选折其中的哪张PPT可使用鼠标右击后定位到所要的那张PPT上。此部分PPT为焊接配方设计指导，它与专业讲稿实现链接，以方便学生对知识的查询。如图图5电焊条配方设计指导其中对实验报告采用的是点击“打开实验报告”进行从文件夹中完成对实验报告的调用，其中涉及到调用地址的问题，通过本地地址并将学生的实验报告存放于本软件的文件夹中即可完成对报告的调用。原来只能把word放在焊接实验软件的同一层当中，后通过对地址栏的路径再添加对文件夹中word的调用使本软件界面更加美观。在本软件中只需将已有同学名单以word形式写好，并可以班级名命名，老师首先在软件中点击实验报告菜单栏，输入想要查询的班级名，利用编写的程序[6]完成软件中实验报告和班级名单的链接和调用，点击打开实验报告栏即可进入这个班级名单同时拷贝下要查询同学的名字再放入软件中实验报告输入栏，点击打开实验报告栏即可进入所需查询同学的实验报告中进行批改。设计界面如图6：图6实验报告的调用窗口5.通过到图书馆查找相关资料及老师提供的许多实验资料，完成软件中各相关内容的填写。其中包括：焊接参考工艺，金属及焊缝接头金相分析等。点击参考焊接工艺参数可进入所提供的各参考参数如焊条直径、焊接电流、焊接飞溅、低碳钢/低合金钢手工电弧焊工艺参数进行查询[2]。图7如下：图7参考焊接工艺焊接接头及焊缝形式[1]，如图8所示：金属材料及其焊缝接头的金相组织图片，如图9所示：图9金属及焊缝接头的金相组织分析点击后弹出下拉菜单，八个下拉菜单分别提供纯铁微观组织图片、铸铁微观组织图片、铁碳共晶微观组织图片、铁碳共析微观组织图片、焊接缺陷微观组织图片、碳钢材料退火状态下的微观组织图片、低合金钢材料不同热处理的微观组织图片、焊缝及热影响区微观组织图片[1～3]。其中铸铁微观组织图片下再设立三个二级子菜单，分别为灰铁微观组织图片、球铁微观组织图片和可锻铸铁微观组织图片。焊缝及热影响区微观组织图片下也设立两个子菜单，分别为20#钢焊接接头显微金相组织图片和低合金钢焊接接头显微金相组织图片。点击需要查询相关菜单，再双击后即可进入观看金相微观组织图片。如下图为20#钢焊接接头显微金相组织图片的内容之一：20#钢熔合区的金相组织图片。图1020#钢熔合区的金相组织图片最后给出本实验软件的使用说明：如图11所示：图11软件的使用说明4.结论将分散开设的多个焊接冶金实验整合并运用计算机技术，形成焊接冶金专业实验群，一定程度上拓宽了焊接冶金实验群的实验内容和功能，起到了较好的与专业其它知识的连接作用。同时也对实验文档的查询和管理提供了新的方式。参考文献[1]周振丰.焊接冶金学：金属焊接性（M）北京：机械工业出版社2001[2]张文钺.金属熔焊原理及工艺（M）北京：机械工业出版社1980[3]陈伯蠡.焊接冶金原理（M）北京：清华大学出版社.第一版，1989[4]张子荣，李昇鹤.电焊条（M）北京：机械工业出版社.第一版，1996[5]王栋.VisualBasic程序设计实用教程（M）北京：清华大学出版社2000[6]（美）西乐（BrianSiler）.VisualBasic6开发使用手册（M）北京：机械工业出版社1999InnovationresearchofweldingmetallurgyexperimentXuYuelan，ZhouGuangminNanjingUniversityofScience&Technology，MaterialsScienceandEngineering，Nanjing（210094）AbstractInordertoimprovethecurrentexperimentalmodeofweldingmaterialsandweldingmetallurgy,integratingtheoriginalformuladesignoftheelectrodetheexperimentofmanipulatingtheelectrodetheperformanceevaluationofelectricarcweldingprocessesexperimentsintoaspecialexperimentofformuladesignoftheelectrodeandperformanceevaluationofwelding,makingscatterexperimentsintoacontinuousexperimentalgroup.Thesametimecombiningwiththerequirementoftheweldingmetallurgyexperimentalgrouptodesignthespecificcomputerexperimentsoftwarethedesignofweldingmaterialsandprocessesofperformanceevaluation.Keywords：weldingmetallurgy，computer，theexperimentsoftware作者简介：周光敏，男，1985年生，现为南京理工大学材料成型及控制工程专业本科生，在校多次获得特等奖学金、中国科学院金属研究所李薰奖学金、南京理工大学董事会奖学金一等奖学金、校三好学生标兵、校优秀团员标兵等荣誉称号；徐越兰，教授，主要研究方向焊件质量的检测及镁合金、Ti-Ni记忆合金、先进材料的焊接。