焊接实践教学探讨

严剑刚,高　琪,杨国策,吴飞科,刘　赛(上海第二工业大学工程训练中心,上海201209)



焊接实践教学探讨

严剑刚,高琪,杨国策,吴飞科,刘赛
(上海第二工业大学工程训练中心,上海201209)

摘要:焊接实训的课程改革,应以学生的职业能力培养为导向,以企业的实际生产为依据,针对性地对课程进行设计。课程改革以提高学生的职业能力和创新学习能力为根本,焊接实践应当遵循理实一体化的实训教学理念,产学研相结合,将企业生产方式引入教学,鼓励学生在课堂中独立地发现问题、研究问题和解决问题,形成具有职业教育特色的新型实训教学方法,将产、学、研有效结合,提高焊接实训的教学质量。

关键词:焊接;课程改革;产学研

0　引言

当今人才市场正发生重大变化,知识型技能人才是社会紧缺人才。为此,高等院校越来越注重工程训练教学,把加强工程训练教学作为培养学生理论结合实践,提升学生综合素质的重要措施之一。目前高等院校的工程训练教学科目如“焊接成形”多以手工电弧焊操作为主,而随着电子产品的迅猛发展,社会对小功率金属焊接应用型人才的需求越来越大。

焊接实训是非常注重理论知识与工厂实际生产相结合的教学活动,企业需要的不仅是具有深厚理论知识水平的学生,更需要的是能够快速担任并能解决实际问题的工程技术人员[1]。

因此,笔者借鉴任务教学法和案例教学法[2],并结合高等院校的实际情况,将企业小功率金属焊接的生产方式引入到本科焊接实训教学中。实现学生从了解焊接设备、焊接材料、焊接夹具设计、制定焊接工艺,到焊接操作以及产品检验等全方位培养[3]。

1　焊接实践教学探讨

焊接是指通过加热或同时加热加压,使分离的焊件金属之间产生原子间结合力而连接成一体的方法。它是一种重要的金属加工工艺手段,在现代工业生产中广泛用来制造各种金属结构和机械零件[4]。

焊接方法种类很多,按照焊接过程的物理特点,可分为:熔化焊、压力焊、钎焊[4]。

1.1课程要求

小功率金属焊接工程训练教学可以分为了解焊接设备、焊接材料的可焊性、焊接夹具设计与加工、焊接工艺制定及焊接操作[5]。焊接实训贯穿工程训练教学,以焊接任务为出发点,要求学生运用工程训练的各种训练模块完成最终任务,提高学生的知识构建水平,开拓学生的创新思维,使学生在产品设计、焊接夹具设计加工、工艺制定与操作方面,完成理论到实践的全方位学习,在解决问题的过程中获得快乐。通过理论与实践相结合,最终提升学生的综合竞争实力。

1.2课程设计

1.2.1焊接设备的选择

电阻焊的工作原理遵循焦耳–楞次定律(Q = I2Rt),因此可根据被焊件的材料、形状以及焊接的要求选择不同的电阻焊接设备[6]。根据实训特点,引导学生选择正确的设备,帮助学生了解不同设备的性能,摆脱传统教学设备使用指定化的教学模式,使学生根据任务自行选择适合的加工设备。

1.2.2焊接材料的选择

电阻焊接的质量与被焊材料的性质关系密切。一般电阻率大、导热率小、熔点低的金属材料容易焊接,反之则不易焊接;易氧化,且氧化层很牢固及难熔的金属,焊接也困难[3]。当两种不同的金属进行电阻焊接时,要求它们有相近的导电率、导热率和熔点[7]。因此,教学时可指导学生根据不同要求选择所需的材料,充分发挥学生的创新性和自主性。

1.2.3焊接工夹具设计与加工

电阻点焊的工夹具是点焊过程中保证产品精准定位、连续生产的关键,在企业生产过程中运用极为广泛。在提高产品质量、降低劳动强度、实现自动化中起到了非常重要的作用。在焊接实训的过程中,学生可依据产品要求,自由地发挥设计想象,并运用工程训练教学中的车削加工、铣削加工、钳工操作、刨削加工、磨削加工、数控加工、3D打印、激光成形、线切割加工等一系列的加工方法实现工夹具的制造。使用投影仪、三坐标测量仪精准检验成型后的工夹具焊接产品的质量。工夹具的设计、加工、产品实现以及后续的检验可贯穿工程训练教学的所有科目,在提高了学生的兴趣及认知的同时,又提高了学生的综合能力。

1.3制定焊接工艺

在焊接工艺的教学中采用“教、学、做”合一的模式进行人才培养,学生能够在做中学,教师在做中教,让学生感受情景教学的氛围,在课堂中学习技能,获得实际的操作能力[8]。在学习中掌握常用金属材料焊接工艺方法的制定过程。焊接工艺主要是根据被焊工件的材质、牌号、化学成分、焊件结构类型、焊接性能要求来确定。被焊工件的焊接形状、焊接材料以及焊接要求不同,则采取不同的焊接工艺加工。

1.4教学实施

根据焊接的工艺、焊接材料的特性、经验值,用正交试验的方法确定工艺参数[9],并运用人因工程学有效解决焊接实训操作问题,使学生掌握运用最低的成本确定最佳工艺的方法,增加其解决实际问题的能力。下面介绍实施教学过程中的教学实验案例。

1.4.1正交试验设计

确定工艺参数的试验采用正交试验与单因素试验相结合的方法进行设计[10]。通过分析正交试验得到的试验数据,确定各因素影响试验指标的主次顺序,对于影响试验指标的主要因素再通过单因素试验(极差计算)进一步分析其对试验指标的影响规

律[11]。

在设计正交试验前,首先需要将各因素划为不同的水平,根据试验中各因素的变化范围及取值大小可以把每种影响因素划分为低、中、高3种水平。表1为设计的水平取值表。其中因素A为电极压力,B为焊接电流,C为焊接时间。

表1　水平取值表Tab.1 The table of level value

1.4.2正交试验结果分析

依照表1中的因素,结合某企业的实际电阻焊接的生产方法,设计并完成正交试验,试验结果见表2。学生通过对比9组试验的数据,不难发现第9组试验的抽检合格率99.2%是试验中最高的,将会直观地判断,A3B3C2即为试验的最佳组合。但实际上,最佳组合也有可能不在其中,因为对于一个3因素3水平的试验来讲,共有33即27种组合方案,而正交试验L9(33)只挑选了其中具有代表性的9组组合方案进行试验,因此为找出最优组合方案还必须运用极差的方法进行分析验证[9]。学生将通过试验逐步探索工艺参数变化对最终产品的影响。

1.4.3单因素结果分析

极差计算就是单独考虑每个因素,并认为一种因素的3个同水平试验结果的差异是由这种因素本身引起的。计算的步骤为:首先考虑因素A,将A因素1水平对应的3个试验结果相加并记为K1,取K1的算术平均数记为,再将2水平的试验结果相加,取平均值分别记为K2和K2;同样地,3水平的试验结果相加,取平均值分别记为K3和。用三者中的最大值减去最小值就得出了因素A的极差值R[A9]。依照上述步骤,就能得出其他两种因素的极差值RB、RC。极差试验数据见表2。

表2　正交试验和极差分析表Tab.2 The table of orthogonal test and range analysis

表3　验证性试验结果Tab.3 Confirmatory test results

通过极差值的大小,可以对各因素的影响排序,从表2可以看出,因素A是影响试验结果的首要因素,其水平变化时会明显影响试验结果。通过正交试验与极差分析可知,最优水平组合为A2B1C1,但这个组合并不在正交试验表中,正交试验中最佳组合是A3B3C2。为确定哪一组才是最优方案,必须对这两种方案再做一组试验,其验证结果如表3所示。验证表明,方案A2B1C1比方案A3B3C2的抽检合格率更高。虽然A2B1C1组合并没有出现在正交试验表中,但通过科学地计算分析和试验验证,最终找出了最优水平组合为A2B1C1。通过教学中的试验设计,既为学生实际操作提供了科学依据,又能有效运用科学的设计方法降低试验的成本。

1.5焊接实践教学的流程

以焊接实践教学的任务为出发点,建立以焊接实践教学为主的贯穿式教学模式,实践教学过程依照图1进行。

图1　焊接实践教学流程图Fig.1 The flow chart of welding practice teaching

2　焊接实训的5　S和TPM管理

将企业的生产管理方式引入焊接实践教学中,真正做到与企业接轨。5S是整理、整顿、清扫、清洁、素养的简称。TPM(全员生产维护)管理是目前企业设备管理的重要方法。5S活动是一项基本活动,是现场一切活动的基础,是推行TPM的前提,是TPM其他支柱活动的基石[12]。将5S管理体制融入到实训中,可以更好地改善学生的精神面貌及素养,提高生产安全意识。可对设备建立点检记录、设备保养记录表、设备润滑图表等[13]。目前焊接实训中开展了可视化管理,对操作规范与安全、加工工艺、教学挂图、设备日常使用的清理记录、生产区域的划分、工具工装等均进行规范管理,这些运用于企业的管理方法使学生在毕业后能很快地融入企业,提升自身的竞争实力。

3　结束语

运用任务教学法,布置焊接实训任务,并运用工程训练教学中各种模块的加工与操作方法完成任务。这种焊接实践教学的方法有助于:

(1)建立新型的焊接实践教学模式。以焊接任务为出发点,运用工程训练教学的各种模块,形成工程训练教学的贯穿式培养模式,提升各种工程训练的技能。

(2)使学生能运用正交试验设计、极差分析方法,在实践中运用理论知识,达到理论与实践相结合的目的。

(3)将企业的生产及管理方式引入教学中,鼓励学生在课堂中发现问题、研究问题和解决问题,加深理论结合实践的学习,从而提升学生的综合竞争实力。

参考文献:

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[5]魏斯亮,李兵,艾勇.金工实习[M].北京:北京理工大学出版社,2009.

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简讯

Discussion on Teaching of Welding Practice

YAN Jiangang,GAO Qi,YANG Guoce,WU Feike,LIU Sai
(Engineering Training Center,Shanghai Polytechnic University,Shanghai 201209,P.R.China)

Abstract:To reform the curriculum of welding practice,it should design the content of curriculum orientating to the training of professional ability based on the actual production of enterprises.It is fundamental for curriculum reform to improve the professional ability and innovation ability.We follow the integration of theory and practice,improve the production-teaching-research combination in order to introduce producing mode into welding practice curriculum,which encourage students to find problems,research problems and solve problems individually in the classroom.The innovative practice method will improve the teaching quality combined with production,teaching and research effectively.

Keywords:welding;curriculum reform;production-teaching-research

通信作者:严剑刚(1979–),男,上海人,高级工程师,硕士,主要研究方向为光源与照明、产教研究。电子邮箱jgyan@sspu.edu.cn。

收稿日期:2015-06-03

文章编号:1001-4543(2016)01-0065-05

中图分类号:G710

文献标志码:B