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摘要：学习者肩负着任务求学，会更加主动积极地投入学习之中。职业教育，边学边做，会使学习效率事半功倍。本文探讨任务驱动法在低合金高强度钢的MAG焊教学中的具体运用，以提高教学效率。
关键词：低合金；高强度钢；MAG焊；任务驱动法教学
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2015）09-0086-03
一、前言
MAG焊是指在惰性气体（Ar）中加入少量的氧化性气体，用这种气体作为保护气体的焊接，即称熔化极活性气体保护焊（MAG焊）。职业教育中机电类专业教学，要求学生具有较强的动手能力，学习者带着任务参与学习，边学理论知识，边指导实践，全力以赴，克服难关，完成任务，学习效率事半功倍。
二、任务驱动法在低合金高强度钢的MAG焊任务中的实施
工作任务：低合金高强度钢Q345T形梁钢MAG焊。
（一）学习目标
1. 掌握低合金高强度结构钢的MAG焊工艺。
2. 回顾熔化极氩弧焊工艺。
3. 了解焊丝气体保护电弧焊工艺。
（二）任务描述
图1为T形梁钢结构图，材料为Q345。根据有关标准和技术要求，采用MAG焊进行焊接，请学习者分析及制定正确的焊接工艺，并填写焊接工艺卡。
（三）Q345 T形钢MAG焊工艺分析
焊接工艺分析主要包括材料的焊接性、焊丝及设备选用、混合气体选用、焊接参数选择等内容，需学习者细心思考、总结。
1.材料的焊接性分析
Q345钢是低合金高强度结构钢，由于其含碳量（Wc≤0.2%）及合金元素含量均较低，因此MAG焊焊接性较好，一般均能保证焊接质量。但由于这类钢中含有一定量的合金元素及微合金化元素，随着强度等级的提高、板厚增加、焊接性变差，可能出现焊接裂纹和产生焊接热影响区脆化，这时须采用一定的焊接工艺措施，如预热、后热、控制热输入等。其焊接性分析如下：
（1）焊接裂纹
低合金高强度结构钢焊接时容易产生裂纹，其裂纹是冷裂纹。而产生热裂纹的可能性比冷裂纹小得多，只有在原材料化学成分不符合规定（如含S、C含量偏高）时才有可能发生热裂纹。
焊接强度等级较低的低合金高强度钢时，因为脆硬倾向很小，焊缝和热影响区金属的塑性较好，一般不会产生冷裂纹。
当强度等级逐渐提高，脆硬倾向也增加，冷裂纹倾向随着增加；同理因厚板刚度大，焊接接头残余应力也大，就是说冷裂纹主要出现在强度等级较高、厚钢板中。
（2）热影响区脆化
低合金高强度结构钢焊接时，热影响区中被加热到11000℃以上的粗晶区，它是焊接接头的薄弱区，其冲击韧度也最低，即所谓脆化区。热影响区粗晶脆化主要与焊接热输入有关：
热轧钢当焊接热输入较大时，其粗晶区将因为晶粒长大，或出现魏氏组织等而降低韧性；热输入较小时，其粗晶区则因马氏体的比例增多而降低韧性。
正火钢受焊接热输入影响更大，大的热输入时，其粗晶区在正火状态下的TIC、VC、VN等元素溶入奥氏体中，失去晶粒及组织调控作用而降低韧性。
在工作任务驱动教学过程中，通常将学习者分成若干小组，生生、师生、生师之间，充分讨论、头脑风暴、三方互动，学习参与者很快掌握了如何分析、解决问题的技能。
2.MAG焊常用混合气体
（1）Ar O2
Ar O2活性混合气体可用于碳钢、低合金钢、不锈钢等高合金钢及高强钢的焊接。焊接不锈钢等高合金钢及高强钢时，O2的含量（体积分数）应控制在1%～5%；焊接碳钢、低合金钢时，O2的含量（体积分数）可达20%。
（2）Ar CO2
Ar CO2混合气体既具有Ar的优点，如电弧稳定性好、飞溅小，很容易获得轴向喷射过渡等，同时又因为具有氧化性，克服了用单一Ar气焊接时产生的阴极漂移现象及焊缝成形不好等问题。Ar与CO2气体的比例通常为（70%～80%）/（30%～20%）（体积分数）。这种比例既可用于喷射过渡电弧，也可用于短路过渡及脉冲过渡电弧。但在用短路过渡电弧进行垂直焊和仰焊时，Ar和CO2的比例最好是1∶1，这样有利于控制熔池。现在常用的是用80%Ar 20% CO2 （体积分数）焊接碳钢及低合金钢。
（3）Ar O2 CO2
Ar O2 CO2活性混合气体可用于焊接低碳钢、低合金钢，其焊缝成形、接头质量以及金属熔滴过渡和电弧稳定性都比Ar O2、Ar CO2强。
低合金高强度钢的MAG焊任务驱动法教学
3.MAG焊焊丝
当采用熔化极活性气体保护焊时，由于保护气体有一定氧化性，必须使用含有Si、Mn等脱氧元素的焊丝。焊接低合金钢时常用ER50-3、ER50-6、ER49-1焊丝。采用半自动焊，使用1.6mm以下直径焊丝施焊；采用自动焊时，使用大于2mm的焊丝施焊。
4.MAG混合气体保护焊设备
每个工作小组的熔化极活性气体保护（MAG）焊设备如图2所示。因采用混合气体保护，所以它比一般的熔化极气体保护焊设备系统多加入了气源（气瓶）和气体混合配比器。
5.焊接参数的选择规范
熔化极活性气体保护焊的焊接参数主要包括焊丝的选择、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源种类及极性等。1—Ar气瓶；2—CO2气瓶；3—干燥器；4—送丝小车；5—焊接电源；6—混合气体配比器；7—焊枪；8、9—减压流量计。
（1）MAG焊焊接电流
MAG焊焊接电流是熔化极活性气体保护焊的重要焊接参数，焊接电流的大小应根据工件的厚度、坡口形状、所采用的焊丝直径以及所需要的熔滴过渡形式来选择。表1列举出生产实际中熔化极活性气体保护焊焊接操作时的参数。 （2）MAG焊电弧电压
电弧电压也是焊接工艺中的关键参数之一。电弧电压的高低决定了电弧长短与熔滴的过渡形式。当电流与电弧电压匹配良好时，电弧稳定、飞溅少、声音柔和，焊缝熔合良好。
（3）MAG焊焊丝伸出长度
焊丝伸出长度一般为焊丝直径的10倍左右。
（4）MAG焊气体流量
气体流量也是一个重要的参数。流量太小，起不到保护作用；流量太大，保护效果也不好，而且气体消耗大，成本高。采用半自动焊，控制气体流量在15-25L/min左右。
（5）MAG焊焊接速度
半自动焊焊接速度全靠施焊者自行确定。因为焊接速度过快，会产生很多缺陷，如未焊透、熔合不佳、焊道薄、保护效果差、产生气孔等；但焊接速度太慢则可能使焊缝过热、甚至烧穿、生产率低。
（6）MAG焊电源种类及极性
熔化极活性气体保护焊（MAG焊），为了减少飞溅，一般均采用直流反极性焊接，即焊件接负极，焊枪接正极。
（四）Q345 T形钢MAG焊工艺确定及施焊
通过师生详细、综合分析，以学习者为主体、教师为主导的一体化课堂上，编制出Q345钢T形梁钢结构焊缝MAG焊焊接工艺如下，编制的焊接工艺卡见表2。
由于T形梁钢结构材质为Q345，其碳的质量分数≤0.18%，抗拉强度约为500MPa，且结构简单，板厚为10mm，故焊接性良好，焊接时不需要采取预热、后热及焊后热处理等工艺措施。
2.焊接工艺
（1）焊丝
常用的MAG焊焊丝有ER50—3、ER50—6、ER49—1等，强度均能满足焊接要求，但ER50—6的塑性、韧性要优于ER49—1，故常选用ER50—6。
（2）气体
采用80%AR 20%CO2（体积分数）混合气体。
（3）电源极性
MAG焊当采用交流电源，其电弧不稳。为了减少飞溅，所以选用NB-500、直流反接。
（4）焊接参数
板厚为10mm，需二层三道焊：
第一层（一道），焊丝直径1.2mm，焊接电流165A，电弧电压21V，气体流量15.5L/min，焊丝伸出长度13mm。
盖面层（两道），焊丝直径1.2mm，焊接电流195A， 电弧电压22.5V，气体流量18L/min，焊丝伸出长度13mm。
三、结束语
项目任务驱动教学法中，分小组完成任务，在执行、完成任务中可加入行为引导、头脑风暴教学法。若干个学习小组，可能产生互有微小区别的焊接工艺，主导教师应调控、定出最佳的一、二个工艺向各小组公示，供学习者参考、参照，并在任务结束后点评、总结、公示。每个任务若选用有经济效益的课题，化耗材型实训为效益创收型实训，将会有更大的意义。
参考文献：
[1]周相军.项目案例教学在数控编程与操作课程中的应用[J].职业，2014（01）.
[2]王洪.实用焊工手册[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]张应立.新编焊工手册[M].北京：金盾出版社，2004.
[4]张文明，焦万才等.简明焊工手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2010.
[5]郑海生.浅谈焊接专业实习教学方法[J].职业，2011（12）.
关键词：低合金；高强度钢；MAG焊；任务驱动法教学
中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1005-1422（2015）09-0086-03
一、前言
MAG焊是指在惰性气体（Ar）中加入少量的氧化性气体，用这种气体作为保护气体的焊接，即称熔化极活性气体保护焊（MAG焊）。职业教育中机电类专业教学，要求学生具有较强的动手能力，学习者带着任务参与学习，边学理论知识，边指导实践，全力以赴，克服难关，完成任务，学习效率事半功倍。
二、任务驱动法在低合金高强度钢的MAG焊任务中的实施
工作任务：低合金高强度钢Q345T形梁钢MAG焊。
（一）学习目标
1. 掌握低合金高强度结构钢的MAG焊工艺。
2. 回顾熔化极氩弧焊工艺。
3. 了解焊丝气体保护电弧焊工艺。
（二）任务描述
图1为T形梁钢结构图，材料为Q345。根据有关标准和技术要求，采用MAG焊进行焊接，请学习者分析及制定正确的焊接工艺，并填写焊接工艺卡。
（三）Q345 T形钢MAG焊工艺分析
焊接工艺分析主要包括材料的焊接性、焊丝及设备选用、混合气体选用、焊接参数选择等内容，需学习者细心思考、总结。
1.材料的焊接性分析
Q345钢是低合金高强度结构钢，由于其含碳量（Wc≤0.2%）及合金元素含量均较低，因此MAG焊焊接性较好，一般均能保证焊接质量。但由于这类钢中含有一定量的合金元素及微合金化元素，随着强度等级的提高、板厚增加、焊接性变差，可能出现焊接裂纹和产生焊接热影响区脆化，这时须采用一定的焊接工艺措施，如预热、后热、控制热输入等。其焊接性分析如下：
（1）焊接裂纹
低合金高强度结构钢焊接时容易产生裂纹，其裂纹是冷裂纹。而产生热裂纹的可能性比冷裂纹小得多，只有在原材料化学成分不符合规定（如含S、C含量偏高）时才有可能发生热裂纹。
焊接强度等级较低的低合金高强度钢时，因为脆硬倾向很小，焊缝和热影响区金属的塑性较好，一般不会产生冷裂纹。
当强度等级逐渐提高，脆硬倾向也增加，冷裂纹倾向随着增加；同理因厚板刚度大，焊接接头残余应力也大，就是说冷裂纹主要出现在强度等级较高、厚钢板中。
（2）热影响区脆化
低合金高强度结构钢焊接时，热影响区中被加热到11000℃以上的粗晶区，它是焊接接头的薄弱区，其冲击韧度也最低，即所谓脆化区。热影响区粗晶脆化主要与焊接热输入有关：
热轧钢当焊接热输入较大时，其粗晶区将因为晶粒长大，或出现魏氏组织等而降低韧性；热输入较小时，其粗晶区则因马氏体的比例增多而降低韧性。
正火钢受焊接热输入影响更大，大的热输入时，其粗晶区在正火状态下的TIC、VC、VN等元素溶入奥氏体中，失去晶粒及组织调控作用而降低韧性。
在工作任务驱动教学过程中，通常将学习者分成若干小组，生生、师生、生师之间，充分讨论、头脑风暴、三方互动，学习参与者很快掌握了如何分析、解决问题的技能。
2.MAG焊常用混合气体
（1）Ar O2
Ar O2活性混合气体可用于碳钢、低合金钢、不锈钢等高合金钢及高强钢的焊接。焊接不锈钢等高合金钢及高强钢时，O2的含量（体积分数）应控制在1%～5%；焊接碳钢、低合金钢时，O2的含量（体积分数）可达20%。
（2）Ar CO2
Ar CO2混合气体既具有Ar的优点，如电弧稳定性好、飞溅小，很容易获得轴向喷射过渡等，同时又因为具有氧化性，克服了用单一Ar气焊接时产生的阴极漂移现象及焊缝成形不好等问题。Ar与CO2气体的比例通常为（70%～80%）/（30%～20%）（体积分数）。这种比例既可用于喷射过渡电弧，也可用于短路过渡及脉冲过渡电弧。但在用短路过渡电弧进行垂直焊和仰焊时，Ar和CO2的比例最好是1∶1，这样有利于控制熔池。现在常用的是用80%Ar 20% CO2 （体积分数）焊接碳钢及低合金钢。
（3）Ar O2 CO2
Ar O2 CO2活性混合气体可用于焊接低碳钢、低合金钢，其焊缝成形、接头质量以及金属熔滴过渡和电弧稳定性都比Ar O2、Ar CO2强。
低合金高强度钢的MAG焊任务驱动法教学
3.MAG焊焊丝
当采用熔化极活性气体保护焊时，由于保护气体有一定氧化性，必须使用含有Si、Mn等脱氧元素的焊丝。焊接低合金钢时常用ER50-3、ER50-6、ER49-1焊丝。采用半自动焊，使用1.6mm以下直径焊丝施焊；采用自动焊时，使用大于2mm的焊丝施焊。
4.MAG混合气体保护焊设备
每个工作小组的熔化极活性气体保护（MAG）焊设备如图2所示。因采用混合气体保护，所以它比一般的熔化极气体保护焊设备系统多加入了气源（气瓶）和气体混合配比器。
5.焊接参数的选择规范
熔化极活性气体保护焊的焊接参数主要包括焊丝的选择、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源种类及极性等。1—Ar气瓶；2—CO2气瓶；3—干燥器；4—送丝小车；5—焊接电源；6—混合气体配比器；7—焊枪；8、9—减压流量计。
（1）MAG焊焊接电流
MAG焊焊接电流是熔化极活性气体保护焊的重要焊接参数，焊接电流的大小应根据工件的厚度、坡口形状、所采用的焊丝直径以及所需要的熔滴过渡形式来选择。表1列举出生产实际中熔化极活性气体保护焊焊接操作时的参数。 （2）MAG焊电弧电压
电弧电压也是焊接工艺中的关键参数之一。电弧电压的高低决定了电弧长短与熔滴的过渡形式。当电流与电弧电压匹配良好时，电弧稳定、飞溅少、声音柔和，焊缝熔合良好。
（3）MAG焊焊丝伸出长度
焊丝伸出长度一般为焊丝直径的10倍左右。
（4）MAG焊气体流量
气体流量也是一个重要的参数。流量太小，起不到保护作用；流量太大，保护效果也不好，而且气体消耗大，成本高。采用半自动焊，控制气体流量在15-25L/min左右。
（5）MAG焊焊接速度
半自动焊焊接速度全靠施焊者自行确定。因为焊接速度过快，会产生很多缺陷，如未焊透、熔合不佳、焊道薄、保护效果差、产生气孔等；但焊接速度太慢则可能使焊缝过热、甚至烧穿、生产率低。
（6）MAG焊电源种类及极性
熔化极活性气体保护焊（MAG焊），为了减少飞溅，一般均采用直流反极性焊接，即焊件接负极，焊枪接正极。
（四）Q345 T形钢MAG焊工艺确定及施焊
通过师生详细、综合分析，以学习者为主体、教师为主导的一体化课堂上，编制出Q345钢T形梁钢结构焊缝MAG焊焊接工艺如下，编制的焊接工艺卡见表2。
由于T形梁钢结构材质为Q345，其碳的质量分数≤0.18%，抗拉强度约为500MPa，且结构简单，板厚为10mm，故焊接性良好，焊接时不需要采取预热、后热及焊后热处理等工艺措施。
2.焊接工艺
（1）焊丝
常用的MAG焊焊丝有ER50—3、ER50—6、ER49—1等，强度均能满足焊接要求，但ER50—6的塑性、韧性要优于ER49—1，故常选用ER50—6。
（2）气体
采用80%AR 20%CO2（体积分数）混合气体。
（3）电源极性
MAG焊当采用交流电源，其电弧不稳。为了减少飞溅，所以选用NB-500、直流反接。
（4）焊接参数
板厚为10mm，需二层三道焊：
第一层（一道），焊丝直径1.2mm，焊接电流165A，电弧电压21V，气体流量15.5L/min，焊丝伸出长度13mm。
盖面层（两道），焊丝直径1.2mm，焊接电流195A， 电弧电压22.5V，气体流量18L/min，焊丝伸出长度13mm。
三、结束语
项目任务驱动教学法中，分小组完成任务，在执行、完成任务中可加入行为引导、头脑风暴教学法。若干个学习小组，可能产生互有微小区别的焊接工艺，主导教师应调控、定出最佳的一、二个工艺向各小组公示，供学习者参考、参照，并在任务结束后点评、总结、公示。每个任务若选用有经济效益的课题，化耗材型实训为效益创收型实训，将会有更大的意义。
参考文献：
[1]周相军.项目案例教学在数控编程与操作课程中的应用[J].职业，2014（01）.
[2]王洪.实用焊工手册[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]张应立.新编焊工手册[M].北京：金盾出版社，2004.
[4]张文明，焦万才等.简明焊工手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2010.
[5]郑海生.浅谈焊接专业实习教学方法[J].职业，2011（12）.