金屬材料焊接工藝 第3版 教案全套 姚佳 1-35 緒論、金屬材料焊接性-堆焊、復(fù)習(xí)、測驗

授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號1授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：緒論教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：了解金屬材料焊接工藝的概念能力目標(biāo)：理解金屬材料焊接工藝的影響因素素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：通過工藝性能和使用性能，使學(xué)生充分了解焊接性的含義及重要性。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、什么是金屬材料的焊接性？影響因素有哪些？課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容緒論金屬材料的焊接性能力知識點一金屬材料焊接性的概念金屬材料焊接性根據(jù)GB/T3375-1994《焊接術(shù)語》的定義：“金屬材料在限定的施工條件下焊接成規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力”。優(yōu)質(zhì)焊接接頭應(yīng)具備的兩個條件：一是接頭中不允許存在超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缺陷；二是要具有預(yù)期的使用性能。金屬材料焊接性是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，它包括工藝焊接性和使用焊接性。1．工藝焊接性工藝焊接性是指金屬材料對各種焊接方法的適應(yīng)能力，也就是在一定的焊接工藝條件下能否獲得符合要求的優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力。它不是金屬材料本身所固有的性能，但取決于金屬的成分和性能，并且隨著焊接方法、焊接材料和工藝措施的發(fā)展而變化。2．使用焊接性使用焊接性是指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件中所規(guī)定的使用性能的能力。它取決于焊接結(jié)構(gòu)所滿足的技術(shù)條件規(guī)定的各種性能。能力知識點二金屬材料焊接性的影響因素材料因素工藝因素結(jié)構(gòu)因素使用條件填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號2授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：第一章簡述材料焊接性及試驗方法1、金屬材料焊接性教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：了解金屬材料焊接性的概念能力目標(biāo)：理解金屬材料焊接性的影響因素素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：通過工藝性能和使用性能，使學(xué)生充分了解焊接性的含義及重要性。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、什么是金屬材料的焊接性？影響因素有哪些？課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容金屬材料的焊接性能力知識點一金屬材料焊接性的概念金屬材料焊接性根據(jù)GB/T3375-1994《焊接術(shù)語》的定義：“金屬材料在限定的施工條件下焊接成規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力”。優(yōu)質(zhì)焊接接頭應(yīng)具備的兩個條件：一是接頭中不允許存在超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缺陷；二是要具有預(yù)期的使用性能。金屬材料焊接性是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，它包括工藝焊接性和使用焊接性。1．工藝焊接性工藝焊接性是指金屬材料對各種焊接方法的適應(yīng)能力，也就是在一定的焊接工藝條件下能否獲得符合要求的優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力。它不是金屬材料本身所固有的性能，但取決于金屬的成分和性能，并且隨著焊接方法、焊接材料和工藝措施的發(fā)展而變化。2．使用焊接性使用焊接性是指焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件中所規(guī)定的使用性能的能力。它取決于焊接結(jié)構(gòu)所滿足的技術(shù)條件規(guī)定的各種性能。能力知識點二金屬材料焊接性的影響因素材料因素工藝因素結(jié)構(gòu)因素使用條件填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號3授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：2、金屬焊接性試驗教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解金屬材料焊接性的分析與評定方法能力目標(biāo)：熟記金屬材料焊接性評定的內(nèi)容素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：分別從直接法和間接法入手，使學(xué)生充分了解金屬材料焊接性實驗方法種類。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、金屬材料焊接性的評定方法有哪些？課后小結(jié)：同學(xué)們對焊接金屬材料的焊接性質(zhì)和選擇材料能基本正確。填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容金屬材料焊接性分析與評定方法1．碳當(dāng)量法在鋼材所含有的各種元素中，碳對冷裂敏感性的影響最顯著，因此將鋼中各種元素都按相當(dāng)于若干含碳量折合并疊加起來即為“碳當(dāng)量”，并以此來判斷鋼材的淬硬傾向和冷裂敏感性，進而推斷鋼材的焊接性。目前應(yīng)用的碳當(dāng)量計算公式：國際焊接學(xué)會（IIW）推薦的CE、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）規(guī)定和美國焊接學(xué)會推薦的Ceq。使用國際焊接學(xué)會（IIW）推薦的CE：對板厚小于20mm的鋼材，當(dāng)CE<0.4%時，鋼材的淬硬傾向不大，焊接性良好，焊前不需預(yù)熱；當(dāng)CE=0.4～0.6%時，鋼材易于淬硬，焊接性較差，焊接時必須預(yù)熱才能防止裂紋，隨著板厚及碳當(dāng)量的增加，預(yù)熱溫度也相應(yīng)提高；當(dāng)CE＞0.6%時，鋼材淬硬傾向很大，焊接性差，焊接時必須采用嚴格的工藝措施如預(yù)熱、后熱、緩冷等，以防止產(chǎn)生裂紋。使用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）規(guī)定的Ceq(JIS)：對板厚小于20mm的鋼材和采用焊條電弧焊時，對于強度等級不同鋼材規(guī)定了不產(chǎn)生裂紋的臨界值和相應(yīng)的預(yù)熱措施..使用美國焊接學(xué)會推薦的Ceq(AWS)：應(yīng)根據(jù)Ceq(AWS)值再結(jié)合焊件厚度，先從圖1-1查出該鋼種焊接性的優(yōu)劣等級，再根據(jù)表1-6確定出其焊接的最佳工藝措施。2．焊接冷裂紋敏感指數(shù)法焊接冷裂紋敏感指數(shù)（Pc）不僅包括了母材的化學(xué)成分，又考慮了熔敷金屬含氫量與拘束條件（板厚）的作用。斜Y形坡口焊接裂紋試驗的冷裂紋敏感指數(shù)公式：Pc=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B+δ/600+［H］/60（%）根據(jù)Pc值可以通過經(jīng)驗公式求出斜Y型坡口對接裂紋試驗條件下，為了防止冷裂紋所需要的最低預(yù)熱溫度T0（℃）T0=1440Pc–392填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段3．利用金屬材料的物理性能分析金屬材料的物理性能，對焊接熱循環(huán)、熔池冶金過程、結(jié)晶與相變過程等都有明顯的影響。熱導(dǎo)率大的材料（銅），傳熱快，焊接時熔池結(jié)晶速度快容易產(chǎn)生氣孔和熔透不足；而熱導(dǎo)率低的材料（鈦、不銹鋼），焊接時由于溫度梯度大會產(chǎn)生較大的應(yīng)力及變形，而且還會因為高溫停留時間延長而導(dǎo)致焊縫金屬晶粒粗大。焊接線脹系數(shù)大的材料（如不銹鋼），接頭的應(yīng)力和變形必然更嚴重；焊接密度小的材料（如鋁及其合金），則容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔和夾雜。4．利用金屬材料的化學(xué)性能分析化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬（如鋁、鎂、鈦及其合金），在焊接條件下極易被氧化。有些金屬材料甚至對氧、氮、氫等氣體都極為敏感，焊接這些材料時需要采取惰性氣體保護焊和在真空中焊接等保護可靠的焊接方法，有時甚至在焊縫背面也要進行保護。鈦對氧、氮、氫等氣體都極為敏感，吸收這些氣體后力學(xué)性能顯著降低，特別是韌性降低嚴重，因此要嚴格控制這些氣體對焊縫及熱影響區(qū)的影響。5．利用合金相圖或SHCCT（CCT）圖分析例如對于共晶相圖，其固、液相線之間的溫度區(qū)間大，會造成結(jié)晶時的成分偏析、低熔點共晶的生成和脆性溫度區(qū)間的大，熱裂紋傾向大。對于各種低合金鋼來說，可以利用各自的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（CCT圖）或模擬熱影響區(qū)的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖（SHCCT圖）分析其焊接性?？梢愿鶕?jù)轉(zhuǎn)變圖預(yù)測熱影響區(qū)組織、性能和硬度變化，從而預(yù)測某種鋼焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向和產(chǎn)生冷裂紋的可能性，以便確定適當(dāng)?shù)暮附庸に嚄l件。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號4授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：常用的焊接性試驗方法教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解金屬材料焊接性的實驗方法種類能力目標(biāo)：熟記金屬材料焊接性評定的內(nèi)容素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：分別從直接法和間接法入手，使學(xué)生充分了解金屬材料焊接性實驗方法種類。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、金屬材料焊接性的實驗方法有哪些？課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容金屬材料焊接性的評定與實驗?zāi)芰χR點二金屬材料焊接性試驗方法斜Y型坡口焊接裂紋試驗法用于評定碳鋼和低合金高強度鋼焊接熱影響區(qū)對冷裂紋的敏感性。屬于自拘束裂紋試驗。其試驗要求應(yīng)遵從GB/T4675.1--1984《焊接性試驗--斜Y型坡口焊接裂紋試驗法》的規(guī)定。焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗法試驗標(biāo)準(zhǔn)GB/T4675.5-1984，適用于焊條電弧焊。試板采用氣割下料，試驗標(biāo)準(zhǔn)厚度為20mm，當(dāng)材料厚度超過20mm時須用機加工成20mm，并保留一個軋制表面；當(dāng)材料厚度小于20mm時則無須加工插銷試驗法插銷試驗法是一種定量測定低合金鋼焊接熱影響區(qū)冷裂紋敏感性的試驗方法，屬于外拘束裂紋試驗法。該試驗方法消耗材料少，結(jié)果穩(wěn)定可靠，因此在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。我國已制定國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9446-1988《焊接用插銷冷裂紋試驗方法》。插銷試驗的基本原理是根據(jù)產(chǎn)生冷裂紋的三要素（即鋼的淬硬傾向、焊縫含氫量及接頭的應(yīng)力狀態(tài)），定量測出被焊鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的“臨界應(yīng)力”作為冷裂紋敏感性的評定指標(biāo)。四、剛性固定對接裂紋試驗法該方法主要用于測定焊縫的冷裂紋和熱裂紋傾向，也可以測定焊接熱影響區(qū)的冷裂紋傾向，適用于低合金鋼焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保護焊等。試件在不小于厚度為40mm的鋼板上以角焊縫形式四周焊接牢固。當(dāng)試件板厚≤12mm時，取焊角尺寸與板厚相等；當(dāng)板厚＞12mm時，焊角尺寸取12mm。試件坡口由機械方法加工。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號5授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：習(xí)題課教學(xué)目標(biāo)：重點難點及解決方法：授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號6授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：第二章碳素鋼的焊接1、碳素鋼概述教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解碳素鋼的分類、用途能力目標(biāo)：1、理解碳素鋼分類的不同方式素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：使學(xué)生充分理解碳素鋼的特征。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、什么是碳素鋼？2、碳素鋼如何分類？3、低碳鋼在低溫條件下焊接工藝要點是什么？課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容非合金鋼與鋼材分類方法國標(biāo)GB/T13304-1991《鋼分類》將鋼材按兩種方式進行分類：一種是按化學(xué)成分分類，另一種是按主要質(zhì)量等級和主要性能及使用性能分類。1．按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分鋼分類為：非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三類。非合金鋼按質(zhì)量等級又分為普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)和特殊質(zhì)量用鋼三類，其中每一類又按主要特性分為若干小類?！胺呛辖痄摗笔侵競鹘y(tǒng)的“碳素鋼”或“碳鋼”，具有較好的力學(xué)性能和各種工藝性能，并且冶煉工藝比較簡單，價格低廉，因而在焊接結(jié)構(gòu)制造中應(yīng)用廣泛，但一般用于工作溫度在350℃以下的結(jié)構(gòu)。2．按主要質(zhì)量等級和主要性能或使用性能分類按主要質(zhì)量等級和主要性能或使用性能分類為：普通質(zhì)量非合金鋼、優(yōu)質(zhì)非合金鋼和特殊質(zhì)量非合金鋼。3．按用途分類按用途非合金鋼分為：碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。此外，鋼材還可以從其他角度進行分類，如按專業(yè)（鍋爐用鋼、橋梁用鋼、容器用鋼等）、按冶煉方法進行分類。能力知識點二非合金鋼非合金鋼（碳鋼）按碳的質(zhì)量分數(shù)可分為低碳鋼（wc＜0.25%）、中碳鋼（wc=0.25%～0.60%）和高碳鋼（wc＞0.60%）；按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼。在焊接結(jié)構(gòu)用非合金鋼中，常采用按碳的質(zhì)量分數(shù)分類的方法。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段非合金鋼（碳鋼）是指以鐵為基礎(chǔ)、以碳為合金元素，碳的質(zhì)量分數(shù)一般不超過1.4%的鋼，其他常存元素因含量較低皆不作為合金元素。因此其焊接性主要取決于碳的質(zhì)量分數(shù)，隨碳的質(zhì)量分數(shù)的增加焊接性逐漸變差，見表2-1。表2-1非合金鋼焊接性與碳的質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系鋼的種類碳的質(zhì)量分數(shù)（%）典型硬度典型用途焊接性低碳鋼≤0.1560HBW特殊板材和型材、薄板、帶材、焊絲優(yōu)0.15～0.2590HBW結(jié)構(gòu)用型材、板材和棒材良中碳鋼0.25～0.6025HRC機器部件和工具中（通常需要預(yù)熱和后熱、推薦低氫焊接）高碳鋼≥0.6040HRC彈簧、模具、鋼軌劣（必須用低氫焊接、預(yù)熱和后熱）填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號7授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：第二章碳素鋼的焊接2、低碳鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解低碳鋼的焊接性2、了解低碳鋼的成分特點能力目標(biāo)：1、掌握低碳鋼的焊接工藝要點素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：使學(xué)生充分理解碳素鋼的特征及低碳鋼焊接工藝。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1、什么是碳素鋼？2、碳素鋼如何分類？3、低碳鋼在低溫條件下焊接工藝要點是什么？課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。

授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容綜合知識模塊二低碳鋼的焊接能力知識點一低碳鋼的成分特點與焊接性成分特點：碳的質(zhì)量分數(shù)較低，硅、錳含量較少。焊接性優(yōu)良焊接時一般不需預(yù)熱、控制道間溫度和后熱，焊后也不必采取熱處理來改善組織，可以說在整個焊接過程中不需要特殊的工藝措施焊接時具有以下特點：1）可裝配成各種接頭形式，適應(yīng)各種不同位置的焊接，且焊接工藝和技術(shù)較簡單，容易掌握。2）塑性好，焊接接頭產(chǎn)生裂紋的傾向小，適合制造各種大型結(jié)構(gòu)和受壓容器。3）不需要使用特殊和復(fù)雜的設(shè)備，對焊接電源和焊接材料沒有特殊要求，交直流焊機、酸堿性焊條和焊劑都可以使用。4）如果焊接時熱輸入過大，例如焊條直徑或焊接電流選擇不當(dāng)、埋弧焊電流或焊速不當(dāng)，也可能出現(xiàn)熱影響區(qū)晶粒長大而引起塑性降低。能力知識點二低碳鋼的焊接工藝要點1．焊接方法：低碳鋼焊接性良好，幾乎可以選擇所有的焊接方法，并能保證焊接接頭的良好質(zhì)量。2．焊接材料：選擇焊接材料應(yīng)遵循等強匹配的原則，也就是根據(jù)母材強度等級及工作條件來選擇焊接材料。低碳鋼結(jié)構(gòu)通常使用抗拉強度平均值為420MPa的鋼材，因而常選用E43××系列焊條。表2-2列出了焊接低碳鋼常用的焊接材料。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段表2-2焊接低碳鋼常用的焊接材料鋼號焊條電弧焊埋弧焊CO2焊一般結(jié)構(gòu)焊接動載荷、復(fù)雜與厚板結(jié)構(gòu)、重要受壓容器和低溫下焊接焊絲牌號焊劑牌號Q235Q255E4303、E4313、E4301、E4320、E4311E4315、E4316(E5015、E5016)H08AHJ430HJ431H08Mn2SiH08Mn2SiAQ275E5015、E5016E5015、E5016H08MnA08、1015、20E4303、E4301E4320、E4311E4315、E4316(E5015、E5016)H08AH08MnAHJ430HJ431HJ33025、30E4315、E4316E5015、E5016H08MnA、H10MnA20gE4303、E4301E4315、E4316(E5015、E5016)H08MnAH08MnSi、H10Mn220RE4303、E4301E4315、E4316(E5015、E5016)H08MnA填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段3．低碳鋼施焊工藝要點低碳鋼焊接一般不需要特殊的工藝措施，但在工件厚度較大或環(huán)境溫度較低（T≤0℃）時，會因冷速加快而導(dǎo)致接頭裂紋傾向增加，例如在焊接直徑Φ≥3000mm且壁厚δ≥50mm的結(jié)構(gòu)、焊接壁厚δ≥90mm的第一層焊道、受壓容器壁厚δ≥20mm時的焊縫有可能產(chǎn)生裂紋。因此焊接時應(yīng)采取如下工藝措施：1）焊前預(yù)熱，焊接時保持道間溫度。2）采用低氫或超低氫型焊接材料。3）連續(xù)施焊整條焊縫，避免中斷。4）在坡口內(nèi)引弧，避免擦傷母材，注意熄弧時填滿弧坑。5）不在低溫下進行成形、矯正和裝配。6）盡可能改善嚴寒的勞動條件。上述措施可單獨使用有時需要綜合使用。能力知識點三低碳鋼的特殊焊接工藝1．窄間隙埋弧焊窄間隙埋弧焊可用于低碳鋼焊接，也可用于合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接，在我國已有多套窄間隙焊接裝置，例如，大型火電站鍋爐、核電站主容器、石油化工裝置中的熱壁加氫反應(yīng)器等厚壁筒體結(jié)構(gòu)，都可以采用這一工藝方法進行焊接。該法比普通埋弧焊間隙小得多，因而節(jié)省焊接材料、縮短焊接時間和減少母材開坡口時的浪費，同時還提高接頭焊接質(zhì)量。2．窄間隙自動MIG全位置焊該工藝方法主要用于大直徑厚壁管件的焊接，采用射流過渡的脈沖MIG焊，Ar+CO2富氬混合氣體作保護，焊絲直徑φ0.8～φ1.2mm，調(diào)節(jié)參數(shù)多，可以很好地適應(yīng)在不同空間位置時的焊接需要，并能保證獲得滿意的焊接接頭質(zhì)量。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段3．TIG焊封底背面成形工藝該工藝主要用于無法進行兩面焊接、但又要求必須焊透的受壓容器、管道或其他結(jié)構(gòu)的焊接施工。焊接時要求根部熔化，背面形成焊縫；或背面不要求成形，但根部必須完全熔透。4．多頭MIG焊大型電站鍋爐中的膜式壁很大，由許多根鋼管與鋼帶彼此相間焊接而成，材料都為低碳鋼，正、反兩面都要求焊接。國內(nèi)采用12頭的MIG焊膜式壁專用焊機，正反面各有6個焊頭同時焊接，即6個平焊、6個仰焊。焊接過程不必翻轉(zhuǎn)工件，效率高。目前，日本已有20個頭（10個平焊、10個仰焊）專用焊機，且焊接質(zhì)量完全合格。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號8授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：第二章非合金鋼及其焊接工藝3、中碳鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解中碳鋼的成分特點及焊接性能力目標(biāo)：1、掌握中碳鋼的焊接工藝要點素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：使學(xué)生充分理解中碳鋼的特殊焊接工藝。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：為何中碳鋼在制造機器零件中應(yīng)用普遍，而在焊接結(jié)構(gòu)中仍盡量不用？碳鋼焊接主要應(yīng)用于那些范圍？碳鋼焊接時應(yīng)注意哪些問題？課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容綜合知識模塊三中碳鋼的焊接能力知識點一中碳鋼的成分特點與焊接性中碳鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)為wc=0.25%～0.60%，其強度和硬度較高，塑性和韌性較差，淬硬性較大，當(dāng)wc接近下限時焊接性良好，隨wc的增加焊接性嚴重惡化。同時在物理性能方面，中碳鋼比低碳鋼線膨脹系數(shù)略大，熱導(dǎo)率稍低，這也就增加了中碳鋼焊接時的熱應(yīng)力和過熱傾向。當(dāng)鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)大于0.15%時，碳本身的偏析以及它促進硫等其它元素的偏析都明顯起來，如果鋼中的硫較多，則會因形成低熔點硫化物而導(dǎo)致熱裂紋傾向增加，因此用于焊接的中碳鋼必須嚴格控制硫的質(zhì)量分數(shù)；其次，由于碳的質(zhì)量分數(shù)較大，在焊接冶金反應(yīng)中，C和FeO反應(yīng)生成的CO有可能產(chǎn)生CO氣孔；第三，碳的增加提高了鋼材的淬硬性，焊接時如果冷速較快則會在熱影響區(qū)產(chǎn)生馬氏體組織，且中碳鋼的馬氏體組織有較大的脆性，因此在焊接應(yīng)力作用下容易發(fā)生冷裂紋和脆斷中碳鋼的焊接性較差，且隨碳的質(zhì)量分數(shù)增加而越來越差，焊接時的主要問題是熱裂紋、冷裂紋、氣孔和脆斷，有時還會存在熱影響區(qū)強度降低，鋼中雜質(zhì)越多、結(jié)構(gòu)剛性越大，問題就越嚴重。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段中碳鋼一般不用作焊接結(jié)構(gòu)材料，而是用作機器部件和工具較多，多利用其堅硬耐磨的性能，而非利用其高強度。這種堅硬耐磨性能通常是經(jīng)過熱處理來達到的，因此焊接時就要注意母材的熱處理狀態(tài)。如果是焊接已經(jīng)過熱處理的部件，則必須采取措施防止裂紋產(chǎn)生；如果是焊后進行熱處理，要求熱處理后接頭與母材性能相匹配，則必須注意選擇焊接材料。能力知識點二中碳鋼的焊接工藝要點1．焊接方法中碳鋼焊接性較差，一般用作機器部件，其焊接一般是修補性的，所以焊接中碳鋼最合適的焊接方法是焊條電弧焊。2．焊接材料一般情況下選用去硫能力強，熔敷金屬擴散氫含量低，塑、韌性較好的低氫型焊條；在要求焊縫金屬與母材等強度時，選相應(yīng)級別的低氫焊條；在不要求等強度時，選用強度級別低于母材的低氫焊條，例如焊接強度級別為490MPa的母材，可選擇E4315、E4316焊條，切不可選擇強度級別比母材高的焊條。對強度不做要求的中碳鋼工具、模具等，焊接時要考慮其焊前狀態(tài)：如果是在退火狀態(tài)下（熱處理前）焊接，選用焊條則必須要使焊縫金屬與母材化學(xué)成分接近，以使焊后經(jīng)熱處理的焊縫金屬達到與母材性能相同；如果是在熱處理后的部件上焊接，則要選擇低氫焊條，并采取相應(yīng)的工藝措施，以防止裂紋和熱影響區(qū)軟化。3．坡口制備中碳鋼焊接時為了限制焊縫金屬中碳的質(zhì)量分數(shù)，應(yīng)減小熔合比，所以一般采用U形或V形坡口，并注意將坡口及兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等污物清理干凈。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段4．預(yù)熱與后熱中碳鋼焊接時大多需要預(yù)熱和控制道間溫度，以降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度，抑制馬氏體的形成，提高接頭的塑性，減小殘余應(yīng)力。預(yù)熱溫度取決于碳當(dāng)量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛度和焊條類型等，見表2-4。中碳鋼焊后應(yīng)立即進行消除應(yīng)力熱處理，不能立即進行熱處理的，也應(yīng)至少在冷卻到預(yù)熱溫度或道間溫度之前進行，特別是在工件厚度和結(jié)構(gòu)剛度較大時更應(yīng)如此。熱處理溫度一般為600～650℃。表2-4中碳鋼焊接的焊條、預(yù)熱溫度及焊后熱處理溫度鋼牌號焊接性選用焊條牌號預(yù)熱溫度/℃焊后熱處理溫度/℃不要求等強度要求等強度25好E4303、E4301E5015、E5016＞50600～65030較好E4315、E4316E5015、E5016＞10035ZG270-500較好E4303、E4301E4315、E4316E5015、E5016＞15045ZG310-570較差E4303、E4301、E4315、E4316、E5015、E5016E5015、E5016＞25055ZG340-640較差E4303、E4301、E4315、E4316、E5015、E5016E5015、E5016--填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段5．施焊特點中碳鋼焊接時，尤其是在不預(yù)熱的情況下焊接，應(yīng)采取工藝措施減小熔深，降低冷卻速度，防止產(chǎn)生裂紋。例如，選U形坡口減小熔合比；多層焊第一層焊道采用小直徑焊條、小電流焊接；將焊件置于立焊或半立焊位置、焊條橫向擺動（擺動幅度取焊條直徑的5～8倍，這樣就相當(dāng)于短段連續(xù)多道多層焊），以使母材熱影響區(qū)的任何一點都在短時間內(nèi)多次重復(fù)受熱以取得預(yù)熱和保溫效果。能力知識點三典型中碳鋼零件的焊接工藝1．焊條電弧焊焊接法蘭長軸法蘭長軸的主要尺寸見圖2-1，材料為35鋼。采用焊條電弧焊焊接，選用E5015低氫型焊條，焊前經(jīng)300～350℃烘干保溫1h；焊件仔細清理坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹等雜質(zhì)；焊件水平放置，焊縫處于立焊位置，預(yù)熱150～200℃，焊固定焊縫4～5段，每段長50mm；圓周焊縫分成6段或4段，分段跳焊以減小應(yīng)力和變形，第一道焊縫焊速要稍慢，熄弧時注意填滿弧坑。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號9授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：第二章非合金鋼及其焊接工藝4、高碳鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解高碳鋼的成分特點及焊接性能力目標(biāo)：1、掌握高碳鋼的焊接工藝要點素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：使學(xué)生充分理解高碳鋼的特殊焊接工藝。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容綜合知識模塊四高碳鋼的焊接能力知識點一高碳鋼的成分特點與焊接性高碳鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)wc＞0.6%，焊接性很差，在實際中不用作焊接結(jié)構(gòu)，一般是用作工具鋼和鑄鋼，用于要求高硬度和高耐磨性的部件、零件和工具，所以高碳鋼的焊接大多為修復(fù)性焊接。其特點如下：1）由于碳的質(zhì)量分數(shù)更大，因此焊接時比中碳鋼更容易產(chǎn)生熱裂紋；2）高碳鋼對淬火更加敏感，焊接時熱影響區(qū)極易產(chǎn)生脆硬的高碳馬氏體組織，所以淬硬傾向和冷裂紋傾向都很大；3）高碳鋼導(dǎo)熱性比低碳鋼差，在焊接高溫下晶粒長大快，且碳化物容易在晶界上集聚、長大，使焊縫脆性增大，從而使接頭強度降低；同時在接頭中引起的內(nèi)應(yīng)力也較大，更容易促使裂紋的產(chǎn)生。能力知識點二高碳鋼的焊接工藝要點1．焊接方法高碳鋼焊接主要是高硬度、高耐磨性部件、零件和工具的焊接與修復(fù)，所以主要的焊接方法是焊條電弧焊和釬焊。2．焊接材料高碳鋼焊接一般不要求接頭與母材等強度。焊接材料根據(jù)鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)、結(jié)構(gòu)特點和使用條件來選擇。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段高碳鋼的抗拉強度一般在675MPa以上，當(dāng)要求接頭強度較高時可選擇E7015-D2（J707）或E6015-D2（J607）焊條；強度要求不高時可選擇E5015（J507）或E5016（J506）焊條；或者選擇與以上焊條強度等級相當(dāng)?shù)牡蜌湫偷秃辖痄摵笚l；必要時可選用奧氏體不銹鋼焊條，牌號與中碳鋼所選焊條相同。3．施焊工藝要點1）高碳鋼零件一般經(jīng)過淬火+回火的熱處理，因此焊接之前要先行退火，以減小裂紋傾向。2）采用結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接時，焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱和道間溫度控制在250～350℃以上。3）采取與中碳鋼相同的焊接工藝措施，如減小熔合比、小電流、低焊速焊接，整個工件應(yīng)連續(xù)施焊完成，并采取措施減小內(nèi)應(yīng)力。4）焊后將焊件立即放入爐中，在650℃保溫，進行消除應(yīng)力熱處理。2．鋼索對接某鋼索斜拉橋（圖2-3）的鋼索直徑為146mm，是由許多根直徑為7mm的80優(yōu)質(zhì)高碳鋼絲擰絞而成，每根鋼索都很長，安裝時要求拉緊鋼索，因此要求事先在鋼索端頭對接上一個高碳鋼拉緊接頭。焊接采用焊條電弧焊，選用強度級別比鋼索低的焊條，預(yù)熱溫度和道間溫度不低于350℃，焊后采取緩冷措施。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號10授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：習(xí)題課教學(xué)目標(biāo)：重點難點及解決方法：授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號11授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：第三章低合金鋼的焊接1、低合金鋼的概述教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解低合金鋼的種類2、了解低合金鋼的性能能力目標(biāo)：掌握低合金鋼的分類及特征素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：要求學(xué)生理解合金元素對合金結(jié)構(gòu)鋼性能的作用。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1．什么是高強度鋼？如何分類？每一小類的特征和用途分別是什么？2、什么是專用鋼？如何分類？每一小類的特征和用途分別是什么？課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．復(fù)習(xí)引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容用于機械零件和各種工程結(jié)構(gòu)的鋼統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)鋼。最早使用的結(jié)構(gòu)鋼是碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上添加一定量的合金元素達到所需性能要求的鋼材。能力知識點一合金結(jié)構(gòu)鋼的分類與用途合金結(jié)構(gòu)鋼有根據(jù)用途進行分類，也有根據(jù)化學(xué)成分、合金系統(tǒng)和組織狀態(tài)來分的。用于焊接結(jié)構(gòu)的大多是低合金鋼，綜合考慮其性能和用途后，一般分為兩大類：高強度鋼和專用鋼。高強度鋼主要應(yīng)用的是其力學(xué)性能，合金元素的加入是為了在獲得高強度的同時保證有足夠的塑性和韌性；專用鋼主要應(yīng)用的是其特殊性能，例如耐高溫、耐低溫和耐腐蝕等，合金元素的加入是為了獲得通常所需的力學(xué)性能外，主要是滿足結(jié)構(gòu)的特殊性能需要。1．高強度鋼簡稱高強鋼，凡是屈服點σs≥295MPa、抗拉強度σb≥390MPa的鋼，均稱為高強鋼。主要應(yīng)用于常規(guī)條件下承受靜載荷和動載荷的機械零件和工程結(jié)構(gòu)，例如壓力容器、動力設(shè)備、運輸機械、橋梁和管道等。按鋼的屈服點和熱處理狀態(tài)不同，一般分為熱軋及正火鋼、低碳調(diào)質(zhì)鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼。把鋼錠加熱到1300℃左右，經(jīng)熱軋成板材，然后空冷即成為熱軋鋼；鋼板軋制和冷卻后，經(jīng)900℃正火即成為正火鋼；鋼板經(jīng)900℃加熱后水淬，再經(jīng)600℃回火處理即成為調(diào)質(zhì)鋼。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段近年來這類鋼又開發(fā)出具有很大發(fā)展前途的新鋼種，如微合金化控軋鋼、焊接無裂紋鋼（CF鋼）、抗層狀撕裂鋼（Z向鋼）和焊接大熱輸入鋼等，主要用在嚴寒地區(qū)輸油管線、海上采油平臺、大型壓力容器、大型水輪機蝸殼和大跨度全焊接橋梁等工程中。（1）熱軋及正火鋼屈服點為295～490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬于非熱處理強化鋼，包括微合金化控軋鋼、焊接無裂紋鋼和抗層狀撕裂鋼，盡管采用了不同的冶煉和控軋技術(shù)，但從本質(zhì)上講它們都屬于正火鋼。這類鋼廣泛應(yīng)用于常溫下工作的各種焊接結(jié)構(gòu)，如壓力容器、動力設(shè)備、工程機械、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)和管線等。（2）低碳調(diào)質(zhì)鋼屈服點為490～980MPa，在調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）狀態(tài)下供貨使用，屬于熱處理強化鋼。其特點是含碳量較低（碳的質(zhì)量分數(shù)一般低于0.22%）、合金元素總量低于5%，既有高的強度，又有良好的塑性和韌性，可以直接在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進行焊接，焊后也不需進行調(diào)質(zhì)處理。這類鋼在焊接結(jié)構(gòu)中也得到越來越廣泛的應(yīng)用，主要用于大型機械工程、壓力容器及艦船等。（3）中碳調(diào)質(zhì)鋼屈服點一般在880～1176MPa或以上，鋼中含碳量比低碳調(diào)質(zhì)鋼高（碳的質(zhì)量分數(shù)為0.25%～0.5%），也屬于熱處理強化鋼。其淬硬性比低碳調(diào)質(zhì)鋼高很多，具有很高的強度和硬度，但韌性較低，給焊接帶來很大的困難，因此一般是在退火狀態(tài)下焊接，焊后再進行整體熱處理來達到所要求的強度和硬度。這類鋼主要用于強度要求很高的產(chǎn)品或部件，如飛機起落架、火箭發(fā)動機殼體等。2．專用鋼專用鋼是指專門用于在特定條件下工作的機械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。按用途不同分為珠光體耐熱鋼、低溫鋼和低合金耐蝕鋼。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段（1）珠光體耐熱鋼具有較好的高溫強度和高溫抗氧化性，其最高工作溫度為500～600℃，可用于在這一溫度下工作的動力設(shè)備和化工設(shè)備等。它是以Cr、Mo為基礎(chǔ)的低中合金鋼。隨著使用溫度的提高，鋼中往往還加入W、V、Nb、B等合金元素。（2）低溫鋼具有良好的低溫韌性，其工作溫度為-40～-196℃，可用于各種低溫容器（液化石油氣≤-45℃、液化天然氣≤-162℃）、嚴寒地區(qū)的工程結(jié)構(gòu)（橋梁、管道等）和露天礦山機械等。這類鋼中大部分含有Ni，一般在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，和普通低合金鋼的區(qū)別在于除具有滿足要求的的強度外，還必須具有足夠的低溫韌性。（3）低合金耐蝕鋼除具有一般的力學(xué)性能外，還必須滿足耐腐蝕性能的特殊要求，主要用于在大氣、海水、石油化工等腐蝕性介質(zhì)中工作的各種零件和結(jié)構(gòu)。由于所處介質(zhì)不同，耐蝕鋼的成分和類型也不同，應(yīng)用最多的是耐大氣和海水腐蝕用鋼。能力知識點2合金結(jié)構(gòu)鋼的成分與性能1．合金元素的作用碳是最能提高鋼材強度的元素，但易于引起淬硬和焊接裂紋，所以在保證強度的前提下，碳的含量越少越好。低合金鋼中加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，對合金結(jié)構(gòu)鋼的組織和性能的影響很復(fù)雜。各種合金元素對結(jié)構(gòu)鋼抗拉強度和屈服點的影響如圖3-1所示圖圖3-1各種合金元素對結(jié)構(gòu)鋼抗拉強度和屈服點的影響a）對抗拉強度的影響b)對屈服點的影響填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段Mn的固溶強化作用很明顯，當(dāng)wMn≤1.7%時，可提高韌性和降低脆性轉(zhuǎn)變溫度（屈服點提高約50%、脆性轉(zhuǎn)變溫度約下降20℃），如Q345（16Mn）為典型的固溶強化鋼，其屈服點為345MPa、脆性轉(zhuǎn)變溫度低于-40℃；Si的固溶強化作用也很顯著，但會降低塑性和韌性，因此一般鋼中wSi≤0.6%；Ni是惟一既能起固溶強化作用同時又能提高韌性且大幅度降低脆性轉(zhuǎn)變溫度的合金元素，在低溫鋼中最常用。Cr能提高鋼的耐熱性、耐蝕性和降低脆性轉(zhuǎn)變溫度；Mo可提高鋼的熱強性，一般認為wMo=0.25%～0.50%時，既可以強化金屬又能改善韌性，當(dāng)wMo＞0.5%時韌性開始惡化。Cr和Mo都是提高鋼的淬透性的元素，使其裂紋敏感性增加，因此在低合金結(jié)構(gòu)鋼中的含量應(yīng)加以控制。V、Ti、Nb是強烈形成碳化物的元素，Al、V、Ti、Nb還可形成氮化物，可產(chǎn)生明顯的沉淀強化作用，在固溶強化的基礎(chǔ)上屈服點可提高50～100MPa，并能保持韌性。V、Ti、Nb均是微量加入，故稱為微合金化。B元素也是微合金化的元素，它可以細化晶粒從而改善韌性。2．合金結(jié)構(gòu)鋼的性能合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強度和良好的塑性、韌性，采用不同的合金成分和熱處理方法可獲得具有不同綜合性能的低中合金結(jié)構(gòu)鋼。熱軋及正火條件下，合金元素對鋼的塑性和韌性的影響與其強化作用相反，即強化效果越大，塑性和韌性就降低越多，當(dāng)鋼中合金元素的含量超過一定值后會引起韌性大幅度下降。因此抗拉強度大于600MPa的高強鋼一般都需進行調(diào)質(zhì)處理。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號12授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：第三章低合金鋼的焊接2、熱軋及正火鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解熱軋及正火鋼的成分特點2、了解熱軋及正火鋼的焊接性能力目標(biāo)：掌握熱軋及正火鋼的焊接工藝要點素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：要求學(xué)生熟悉熱軋及正火鋼的焊接工藝要點。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1．熱軋與正火鋼的主要強化元素和強化方式有何不同？其焊接性有何差異？2．簡述熱軋及正火鋼的焊接工藝要點。課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．復(fù)習(xí)引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容能力知識點1熱軋及正火鋼的成分和性能1．熱軋鋼屈服點為295～390MPa的鋼大都屬于熱軋鋼，合金系統(tǒng)為C-Mn或C-Mn-Si系，其強度是靠Mn、Si的固溶強化作用來保證。在低碳條件下，wMn≤1.6%、wSi≤0.6%，可以保持鋼具有較高的塑性和韌性，超出這一范圍后，塑、韌性明顯惡化。因此合金元素的用量和鋼的強度水平都受到限制。熱軋鋼的綜合力學(xué)性能和加工工藝性能都較好，且冶煉工藝簡單、價格較低，因此在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。Q345（16Mn）是我國1957年研制生產(chǎn)和應(yīng)用最廣泛的熱軋鋼，用于南京長江大橋和我國第一艘萬噸運洋貨輪。Q345按其中Mn和Si的質(zhì)量分數(shù)不同又分為A～E5個質(zhì)量等級，Q345·A即舊牌號中的16Mn，Q345·C相當(dāng)于鍋爐和壓力容器用鋼中的16Mng和16MnR。熱軋鋼的組織為鐵素體+珠光體，當(dāng)板厚較大時，可以要求在正火條件下供貨，經(jīng)正火處理可使鋼的化學(xué)成分均勻化，塑性、韌性提高，但強度略有下降。2．正火鋼當(dāng)要求鋼的屈服點大于390MPa時，必須在固溶強化的同時加強合金元素的沉淀強化作用。正火鋼是在固溶強化的基礎(chǔ)上，加入碳、氮化物（V、Ti、Nb和Mo等）形成元素，通過沉淀強化和細晶強化來進一步提高鋼的強度和保證韌性。正火處理的目的是促使碳化物和氮化物質(zhì)點從固溶體中沉淀析出并同時細化晶粒。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段3．微合金控軋鋼加入質(zhì)量分數(shù)為0.1%左右對鋼的組織性能有顯著或特殊影響的微量合金元素的鋼，稱為微合金鋼。多種微合金元素的共同作用稱為多元微合金化。微合金控軋鋼采用微合金化和控制軋制等技術(shù)，達到細化晶粒和沉淀強化相結(jié)合的效果，同時從冶煉工藝上采取降碳、降硫，改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純凈度等措施，使鋼材具有細晶組織。具有高強度、高韌性和良好的焊接性等優(yōu)點，是熱軋及正火鋼的一個新分支，是近年發(fā)展起來的一類新鋼種。主要用于石油和天然氣的輸送管線，如X60、X65和X70等管線鋼。能力知識點2熱軋及正火鋼的焊接性熱軋及正火鋼中碳和合金元素的含量都較低，焊接性總體來看較好，但隨合金元素含量的增加，焊接性變差。焊接時需要注意的問題是焊接裂紋和熱影響區(qū)性能變化。一、焊接裂紋1．焊接冷裂紋在產(chǎn)生冷裂紋的三要素淬硬組織、拘束度和擴散氫含量中，淬硬組織和材料有關(guān)，因此鋼材的淬硬傾向可以作為判斷冷裂紋敏感性的標(biāo)準(zhǔn)之一。而淬硬傾向又可以通過碳當(dāng)量、Pc、熱影響區(qū)最高硬度等來判斷。例如鋼材碳當(dāng)量越大，冷裂紋敏感性也越大，利用國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量計算公式計算CE。一般認為，CE＜0.4%時，鋼材在焊接過程中基本無淬硬傾向，冷裂敏感性小。屈服點為295～390MPa熱軋鋼的碳當(dāng)量一般都小于0.4%，焊接性良好，除大厚度鋼板和在環(huán)境溫度很低等情況下焊接外，一般不需預(yù)熱和嚴格控制焊接熱輸入。碳當(dāng)量CE=0.4%～0.6%時，鋼的淬硬傾向逐漸增加，屬于有淬硬傾向的鋼，對冷裂紋比較敏感。屈服點為440～490MPa的正火鋼基本屬于這一范圍，其中碳當(dāng)量不超過0.5%時，淬硬傾向不太嚴重，焊接性尚好，在板厚較大（δ≥25mm）時需要采取預(yù)熱措施。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段2．焊接熱裂紋熱軋及正火鋼含碳量都較低，而含Mn量較高，Mn/S的比值可以達到防止結(jié)晶裂紋的要求，具有較好的抗熱裂紋能力，在母材化學(xué)成分正常，焊接材料和焊接參數(shù)選擇正確的情況下，一般不會產(chǎn)生熱裂紋。但在個別情況下，例如母材中的碳與硫同時居上限或嚴重偏析，則有可能產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。反之，如果焊接時焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，則是由母材中的碳與硫的不正常造成的，這時就要從工藝上設(shè)法減小熔合比，選用碳含量少、Mn含量高的焊接材料，以降低焊縫中的碳和提高焊縫中的Mn，可以達到消除結(jié)晶裂紋的目的。3．消除應(yīng)力裂紋（再熱裂紋）含有Mo、Cr元素的鋼在焊后消除應(yīng)力熱處理或焊后再次高溫加熱（包括長期高溫下使用）過程中，可能出現(xiàn)裂紋，即消除應(yīng)力裂紋，也稱再熱裂紋。一般產(chǎn)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，裂紋沿熔合線方向斷續(xù)分布。該裂紋的產(chǎn)生一般須有較大的焊接殘余應(yīng)力，因此在拘束度大的厚大工件中或應(yīng)力集中部位更易于出現(xiàn)消除應(yīng)力裂紋。在熱軋及正火鋼中，18MnMoNb和14MnMoV有輕微的消除應(yīng)力裂紋傾向，可采取提高預(yù)熱溫度或焊后立即熱處理等措施來防止消除應(yīng)力裂紋的產(chǎn)生。4．層狀撕裂層狀撕裂主要與鋼的冶煉軋制質(zhì)量、板厚、接頭形式和Z向應(yīng)力有關(guān)，與鋼材強度無直接關(guān)系。一般認為，鋼中的含硫量和ψZ是衡量抗層狀撕裂能力的判據(jù)。經(jīng)驗表明，當(dāng)ψZ＞20%時，即使Z向拘束應(yīng)力較大，也不會產(chǎn)生層狀撕裂。對有可能在焊接過程產(chǎn)生層狀撕裂的重要結(jié)構(gòu)，可采用Z向鋼（如D36），其ψZ最高值可達55%。這些鋼在冶煉過程中采取了特殊的工藝措施，因此成本較高。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段二、熱影響區(qū)性能變化熱軋及正火鋼焊接熱影響區(qū)性能變化主要是過熱區(qū)的脆化；在一些合金元素含量較低的鋼中有時還可能出現(xiàn)熱應(yīng)變脆化問題。1．過熱區(qū)脆化在被加熱到1200℃以上的熱影響區(qū)過熱區(qū)，會發(fā)生奧氏體晶粒的顯著長大和一些難熔質(zhì)點（如碳化物和氮化物）熔入基體的過程。在冷卻過程中可能會產(chǎn)生脆性較大的魏氏組織、粗大的馬氏體組織和塑性很低的混合組織（即鐵素體、高碳馬氏體和貝氏體的混合組織）等。熱軋鋼過熱區(qū)脆化主要是由于在熱輸入較大時產(chǎn)生魏氏組織或是由于含碳量偏高和冷卻速度較快時產(chǎn)生的馬氏體組織引起的。正火鋼過熱區(qū)脆化與魏氏組織無關(guān)，除晶粒粗化外，主要是由于在1200℃高溫下，起沉淀強化作用的碳化物和氮化物質(zhì)點分解并熔于奧氏體，在隨后的冷卻過程中來不及析出而固溶在基體中，結(jié)果使鐵素體基體的硬度上升而韌性下降，這時如果減小熱輸入，就可以減少過熱區(qū)在高溫的停留時間，抑制碳化物和氮化物的熔解，從而有效防止過熱區(qū)脆化。2．熱應(yīng)變脆化熱應(yīng)變脆化是指在焊接過程中，在熱和應(yīng)變共同作用下產(chǎn)生的一種應(yīng)變時效。一般發(fā)生在固溶氮含量較高而強度級別不高的低合金鋼中，如抗拉強度490MPa的C-Mn鋼。若在鋼中加入足夠的氮化物形成元素（Al、Ti、V等）可以有效降低熱應(yīng)變脆化傾向，如Q420（15MnVN）比Q345（16Mn）的熱應(yīng)變傾向小。消除熱應(yīng)變時效的有效措施是焊后熱處理，如Q345經(jīng)600℃×1h退火處理后，其韌性可恢復(fù)到原有水平。能力知識點3熱軋及正火鋼的焊接工藝要點一、焊接方法熱軋及正火鋼焊接時對焊接方法無特殊要求，不同焊接方法對焊接質(zhì)量無顯著影響，因此可以采用各種焊接方法進行焊接，常用焊接方法如焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護焊和電渣焊等，一般是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點、批量、生產(chǎn)條件和經(jīng)濟效益等綜合情況進行選擇。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段二、下料、坡口加工和定位焊熱軋及正火鋼可以采用各種切割方法下料。坡口加工可采用機械加工，也可采用氣割和碳弧氣刨。對強度級別較高、厚度較大的焊件，經(jīng)過火焰切割或碳弧氣刨的坡口應(yīng)用砂輪仔細打磨，消除氧化皮及凹槽；在坡口兩側(cè)20～30mm范圍內(nèi)清除油污、鐵銹等。定位焊焊縫應(yīng)有足夠的長度（一般不小于50mm）以防開裂，對厚度較薄的板材定位焊縫長度應(yīng)不小于4倍板厚。定位焊應(yīng)選用與焊縫相同的焊接材料，也可選用強度稍低的焊條或焊絲。焊接順序應(yīng)能防止過大的拘束、允許工件有適當(dāng)?shù)淖冃?，采用的焊接電流可稍大于焊接時的焊接電流。三、焊接材料選擇焊接材料時必須考慮到兩方面的問題：一是保證焊縫不產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷；二是能滿足使用性能的要求。選擇焊接材料的主要依據(jù)是保證焊縫金屬的強度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材相匹配，而不要求與母材成分相同，因此選擇焊接材料應(yīng)考慮以下問題：1．根據(jù)母材的強度級別選用相應(yīng)的焊接材料按照焊縫與母材等強匹配的原則選擇焊接材料，一般要求焊縫與母材強度相等或略低于母材。例如適用于焊接Q420（15MnVN）的焊條E5515，其中C、Mn的含量都比母材低，且其中不含沉淀強化元素V，但用它焊接的焊縫金屬的抗拉強度可達549～608MPa，同時還具有高的塑性和韌性。2．考慮熔合比和冷卻速度的影響焊縫的力學(xué)性能取決于它的化學(xué)成分和組織狀態(tài)。焊縫化學(xué)成分不僅取決于焊接材料，而且與母材的熔入量（即熔合比）有很大關(guān)系；而焊縫組織則與冷卻速度有很大關(guān)系。采用同樣焊接材料，在熔合比和冷卻速度不同時，所得焊縫的性能也會有很大差別。選擇焊條或焊絲時應(yīng)考慮到板厚和坡口形式的影響，焊接薄板時因熔合比較大，應(yīng)選用強度較低的焊接材料，焊接厚板時則相反。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段3．考慮焊后熱處理對焊縫力學(xué)性能的影響焊后熱處理（如消除應(yīng)力退火）會使焊縫的強度有所降低，當(dāng)焊縫強度余量不大時，焊后熱處理后焊縫強度可能低于母材，因此，對于焊后要求正火處理的焊縫，應(yīng)選擇強度高一些的焊接材料。此外，如果對焊縫金屬的使用性能有特殊要求，應(yīng)同時加以考慮。例如，在焊接16MnCu時，要求焊縫金屬與母材具有相同的耐蝕性能，則需選用含銅的焊條。四、焊接參數(shù)1．焊接熱輸入確定焊接熱輸入主要考慮熱影響區(qū)的脆化和冷裂兩個因素。各類鋼材的脆化傾向和冷裂傾向是不同的，因此對熱輸入的要求也不同。在焊接碳當(dāng)量（Ceq）小于0.4%熱軋及正火鋼時，如Q295和Q345，對熱輸入沒有嚴格限制。焊接碳當(dāng)量為0.4%～0.6%的熱軋及正火鋼時，熱輸入應(yīng)偏大一些比較好。但最好是采用小熱輸入+預(yù)熱。恰當(dāng)控制預(yù)熱溫度，既能避免產(chǎn)生裂紋，又能防止晶粒過熱。2．預(yù)熱溫度預(yù)熱的目的是為了防止裂紋，同時還有一定的改善組織和性能的作用。預(yù)熱溫度與鋼材的淬硬性、板厚、拘束度、環(huán)境溫度等因素有關(guān)，工程中必須結(jié)合具體情況經(jīng)試驗后才能確定，推薦的一些預(yù)熱溫度只能作為參考。多層焊時應(yīng)保證道間溫度不低于預(yù)熱溫度，但也要避免道間溫度過高產(chǎn)生的不利影響，如韌性下降等。3．焊后熱處理熱軋及正火鋼一般不需要焊后熱處理；但對要求抗應(yīng)力腐蝕的焊接結(jié)構(gòu)、低溫下使用的焊接結(jié)構(gòu)和厚壁高壓容器等，焊后需要進行消除應(yīng)力的高溫回火（550～650℃）。確定回火溫度的原則是：1）不超過母材原來的回火溫度，以免影響母材本身的性能。2）對有回火脆性的材料，要避開出現(xiàn)回火脆性的溫度區(qū)間。例如，對含V或V+Mo的低合金鋼，在回火時要避免在600℃左右的溫度區(qū)間停留較長時間，以防因V的二次碳化物析出而造成脆化，如Q420（15MnVN）的消除應(yīng)力回火的溫度為（550±25）℃。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段另外，對于抗拉強度大于490MPa的高強度鋼，由于產(chǎn)生延遲裂紋的傾向較大，為了在消除應(yīng)力的同時起到消氫處理的作用，要求焊后立即進行回火處理。如焊后不能及時進行熱處理，應(yīng)立即在250～350℃保溫2～6h，以便焊接區(qū)的氫逸出。能力知識點4典型鋼種Q345的焊接工藝要點1．焊前準(zhǔn)備氣割或碳弧氣刨下料和加工坡口，切口可直接進行焊接Q345鋼可以順利進行冷彎和機械切割。筒節(jié)冷彎當(dāng)板厚與直徑之比大于1/40時，成形后應(yīng)進行600～650℃的消除應(yīng)力回火，以消除冷作硬化。Q345鋼加熱到850℃以上可以進行各種熱壓成形，經(jīng)熱壓后力學(xué)性能無明顯變化，一般不需再進行熱處理。Q345鋼也可采用加熱矯正變形。經(jīng)驗表明，火焰矯正的加熱溫度應(yīng)控制在700～800℃之間，不宜超過900℃。2．預(yù)熱Q345鋼的焊接性較好，一般情況下焊接不需預(yù)熱，但當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較大或在低溫條件下焊接時，應(yīng)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度見表3-6板厚/mm預(yù)熱溫度＜16不低于-10℃不預(yù)熱，-10℃以下預(yù)熱100～150℃16～24不低于-5℃不預(yù)熱，-5℃以下預(yù)熱100～150℃25～40不低于0℃不預(yù)熱，0℃以下預(yù)熱100～150℃＞40均預(yù)熱100～150℃3．焊條電弧焊工藝可采用I形、V形或X形坡口。一般選用E50××型的焊條。重要結(jié)構(gòu)（如壓力容器）應(yīng)選用堿性焊條（E5016、5015）；對厚度小、坡口角度小或強度要求不高的產(chǎn)品也可選用E43××型的焊條（E4316、E4315）。焊條應(yīng)嚴格按要求進行烘干：如堿性焊條必須經(jīng)350～400℃烘干2h。焊接參數(shù)見表3-7。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段坡口形式焊件厚度或焊腳尺寸/mm第一層焊縫其他各層焊縫封底焊縫焊條直徑/mm焊接電流/A焊條直徑/mm焊接電流/A焊條直徑/mm焊接電流/AI形22.550～60--2.555～602.5～43.290～120--3.290～1204～53.2100～130--3.2100～1304160～200--4160～120V形5～63.2100～130--3.2100～1304160～210--4180～210≥63.2100～1304160～2104180～2104160～2105220～2805220～260X形≥124160～2104160～210--5220～280--5．CO2氣體保護焊的工藝參數(shù)CO2氣體保護焊焊絲按表3-4選用，目前應(yīng)用較多的是H08Mn2SiA。Q345鋼CO2氣體保護焊工藝參數(shù)見表3-9。表3-9Q345鋼CO2氣體保護焊的工藝參數(shù)焊接焊絲直徑/mm保護氣體氣體流量/L?min-1預(yù)熱或道間溫度/℃焊接參數(shù)焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/cm?min-1單焊道1.2CO28～15不預(yù)熱或≤100100～15021～2412～18多焊道8～15160～24022～2614～22單焊道1.6CO210～18300～36033～3520～26多焊道10～18280～34030～3218～24填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案首頁學(xué)年第學(xué)期機械工程學(xué)院材料技術(shù)系（部）焊接技術(shù)及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學(xué)√課內(nèi)實踐□理實一體□習(xí)題復(fù)習(xí)□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號13授課日期月日月日月日月日授課班級教學(xué)內(nèi)容：3、低碳低合金調(diào)制鋼的焊接教學(xué)目標(biāo)：知識目標(biāo)：1、了解低碳調(diào)制鋼的成分特點2、了解低碳調(diào)制鋼的焊接性能力目標(biāo)：掌握低碳調(diào)制鋼的焊接工藝要點素質(zhì)目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：要求學(xué)生熟悉低碳調(diào)制鋼的焊接工藝要點。授課地點：教室教學(xué)媒體：投影儀設(shè)備及材料：其它資源：學(xué)習(xí)效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：5．低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分和性能有何特點？6．簡述低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝要點。課后小結(jié)：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應(yīng)與授課計劃一致；2.授課形式在相應(yīng)的選項打“√”。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學(xué)組織1．復(fù)習(xí)引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結(jié)15分鐘二、教學(xué)內(nèi)容屈服點大于490MPa的高強鋼必須采用調(diào)質(zhì)處理，通過組織強化獲得很高的綜合力學(xué)性能。低碳調(diào)質(zhì)鋼屬于熱處理強化鋼。這類鋼既有較高的強度，又有良好的塑性和韌性，在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用日益廣泛。能力知識點1低碳調(diào)質(zhì)鋼的成分與性能為了保證良好的綜合性能和焊接性，低碳調(diào)質(zhì)鋼要求鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)不大于0.22%（實際上一般wc≤0.18%），此外添加一些合金元素如Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、B、Cu等，目的是為了提高鋼的淬透性和馬氏體的回火穩(wěn)定性。這類鋼由于含碳量低，淬火后得到低碳馬氏體，而且會發(fā)生“自回火”，脆性小，具有良好的焊接性。部分低碳調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表3-10和3-11。（教材P43和P44）抗拉強度600Mpa、700MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼（HQ60、HQ70）主要用于工程機械、動力設(shè)備、交通運輸機械和橋梁等，這類鋼可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，焊后不再進行調(diào)質(zhì)處理，必要時可進行消除應(yīng)力處理?？估瓘姸?00MPa的低碳調(diào)質(zhì)鋼如14MnMoNbB、HQ80和HQ80C也在工程中獲得廣泛應(yīng)用。為了改善野外施工焊接條件和提高低溫韌性，開發(fā)了一種含碳極低（wc≤0.09%）的調(diào)質(zhì)鋼，即焊接無裂紋鋼（簡稱CF鋼），焊接時采用超低氫焊接材料，在板厚50mm以下或在0℃都可焊前不預(yù)熱。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學(xué)方法如：項目教學(xué)、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導(dǎo)等；3.教學(xué)手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡(luò)課程等。授課教案教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配方法及手段能力知識點2低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接性低碳調(diào)質(zhì)鋼主要是作為高強度的焊接結(jié)構(gòu)用鋼，因此其中碳的質(zhì)量分數(shù)限制得較低，在合金成分的設(shè)計上也考慮了焊接性的要求。低碳調(diào)質(zhì)鋼是熱處理強化鋼，是通過調(diào)質(zhì)處理獲得強化效果的，因此焊接時在熱影響區(qū)內(nèi)除會發(fā)生脆化外還有軟化問題，在選擇焊接材料時應(yīng)著重考慮。一、焊接裂紋1．焊接熱裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼一般含碳量都較低，而含Mn量較高，且對S、P的限制也較嚴格，因此焊縫金屬的結(jié)晶裂紋傾向較小。但對一些高Ni低Mn類型的低合金高強鋼來講，由于Ni的作用會增加結(jié)晶裂紋傾向，但只要選擇合適的焊接材料，提高焊縫金屬的含Mn量，就可以避免產(chǎn)生這種裂紋。2．焊接冷裂紋低碳調(diào)質(zhì)鋼在嚴格控制焊縫擴散氫含量的情況下，對冷裂紋不敏感。一般焊縫組織為馬氏體或貝氏體。馬氏體雖然屬于淬火組織，但由于含碳量低，仍保持了較高的韌性；而且這類鋼的Ms點比較高（400℃），如果焊接時控制在Ms點附近的冷卻速度比較低，馬氏體