时间：2021-04-07 10:12:01 所属分类：电工技术 浏览量:
摘要:《材料现代研究方法》是西安石油大学焊接技术与工程专业本科生的专业基础课之一，课程注重揭示和理解材料的性能演变规律，培养学生分析测试材料基本属性的能力。本文结合《材料现代研究方法》这门课中从微观角度揭示和理解材料的性能演变规律的特点，以
摘要:《材料现代研究方法》是西安石油大学焊接技术与工程专业本科生的专业基础课之一，课程注重揭示和理解材料的性能演变规律，培养学生分析测试材料基本属性的能力。本文结合《材料现代研究方法》这门课中从微观角度揭示和理解材料的性能演变规律的特点，以焊接中的实践案例出发深度结合教学，以期发挥该课程连接焊接专业理论知识到实践能力的“桥梁”作用，让学生从抽象的理解想象到实际的“见到”“看到”，从而实现以学生为主体，教师为主导的课堂改革。
关键词:焊接;材料现代研究方法;教学改革
1绪论
焊接技术与工程专业在工业领域被称之为“工业裁缝”，我校的焊接专业是以石油天然气开采、储运、炼化中结构件焊接为主攻方向，在石油工程材料焊接工艺优化及接头组织性能控制、焊接结构及其失效分析等领域形成了具有显著特色的教学、科研方向。材料现代研究方法这门课是焊接专业本科生必修的专业基础课，课程地位十分重要。该课程是研究分析焊接材料、焊接接头以及焊接结构件的重要工具，主要介绍了现代常用的材料检测设备的基本物理原理、仪器组成以及分析方法。学生通过课程学习初步具备对焊接材料，焊接接头微观组织形貌，晶体结构和物相成分的认知和分析能力，对焊接焊接结构及其失效原因进行预判和检测能力。因此材料现代研究方法也是将专业理论知识转化成实践能力的“桥梁”。
2材料现代研究方法课程特点和主要问题
材料现代研究方法这门课是材料科学与工程一级学科下焊接技术与工程专业设的必修课和学位课，该课程要达到的教学目标是学生通过学习能够掌握各类常用的材料分析测试方法，包括仪器的物理原理、基本构造、操作软件和数据分析方法等，初步具备运用各类测试方法测试焊接材料的能力，为学生日后的进一步发展打下扎实的基础[1-3]。该课程的主要内容包括X射线衍射仪物理基础及应用、扫描电镜、透射电镜、能谱分析和热分析等精密仪器的原理和应用;内容覆盖面广学科交叉面宽，集合了材料、化学、物理和数学等学科知识，实用性强，但知识点分散，具有理论概念抽象难理解等特点[4-5]。同时，随着近代物理学的爆炸式快速发展，各种新的材料分析检测技术和检测设备极速发展，X射线衍射、电子显微分析、材料表面分析技术和热分析等分析测试方法也有了较快的更新和发展。针对该课程的这些特点发现:课程对教师提出了很高的要求，按部就班照本宣科的讲授基本概念和理论、推导公式等，学生仅仅是被动听讲模式已不能满足提升学生能力的要求，学生只能理解和掌握分析检测设备的理论和知识而不知道如何去测试分析焊接结构件，学而不能致用，理论和实践不能相结合，从而造成教学效果不理想已成为制约该门课程向前发展的问题之一，所以适时的进行教学方法的改革是势在必行。
3引入焊接接头实例分析
为了提高学生对材料分析测试方法的掌握和应用能力，让学生从理论走向实践，我们在教学中以焊接中L245N+316L复合管环焊接头为例，使用扫描电子显微镜观察焊接接头的母材、熔合区以及热影响区的微观组织形貌，采用能谱分析点扫描分析不同区域的元素成分含母材，熔合区，热影响区;金相显微镜观察焊接接头，让学生能直观的感受学以致用理论走向实践。实践中采用基管尺寸为Φ60×300mm，材质为L245N，符合GB/T9711-2011标准要求。衬管厚度为2mm，材质为316L，符合标准GB/T14976-2012的要求，管材成分见表1。这里课程中重点讲解国标的意义，不仅仅局限于课本，可以培养学生诚实公正、诚信守则的工程职业道德和规范，并能在焊接工程实践中自觉遵守意识。焊接接头如图1所示，根焊1层，过渡焊1层，填充及盖面1～2层，焊接顺序为根焊、过渡焊、填充及盖面焊。根焊、过渡焊均采用GTAW方法，填充、盖面采用SMAW方法。根焊所用焊材为ER316L，过渡焊用ER309LMo焊材，填充、盖面用J427焊材。
3.1案例分析中的引导
本次分析的目的是通过分析复合管材质特征、焊接性特点、焊接材料、焊接工艺特点、无损检测、金相分析、成分分析、确定焊接接头各层之间是否有元素的偏析，稀释，确定焊接接头各层组织。在讲解案例前，让学生设计一个分析方法及技术路线，培养学生遇到问题后分析问题的能力，然后给出教师的分析方法及技术路线给学生参考(图2)，并组织学生讨论。
3.2扫描电镜和能谱仪在教学举例
扫描电子显微镜和能谱仪是材料分析测试中最常用的设备，利用扫描电镜可以观察到焊接接头的微观组织形貌;利用能谱仪可以分析检测焊接接头元素的分布和含量变化的趋势。但仅仅在教学中讲解扫描电镜和能谱仪的原理特点并不能真正达到将知识转化成能力的效果，因此在授课中结合教学需要我们选定复合管材焊缝分析项目，包括两种试样的焊缝成分分析(线、点)、基层及复层成分分析。将试样编号，用309LMo过渡的编为1号，堆焊镍基合金的编为2号试样。能谱分析对试样进行多区域的点扫描和线扫描，扫描区域，路径如图3所示。通过完整的展现分析的全过程以提高学生对扫描电镜和能谱仪的认识，由书本知识转化微能力的提升。图4为1号试样盖面与L245N填充区域扫描电镜微观形貌分析和成分变化图，由图4知Ni和Cr元素在L245N填充区域含量较盖面大，L245N填充区重熔后有Cr、Ni元素渗入，含量约在4%左右。Ni元素在盖面没有发现，在L245N填充区出现含量在1.6%左右。通过这个实例，可以让学生从理论走向实际，亲眼看到能谱分析时先扫描是如何选择区域以及各元素变化的趋势，加深学生的理解。图5为2号式样镍基合金与L245焊缝形貌图和元素成分分析。学生在宏观分析焊缝形貌时仅凭肉眼观察不能看到焊缝处裂纹，利用扫描电子显微镜观察可以看到，两种金属结合面处有裂纹存在，焊接接头处由质量问题;另外由图点扫描能谱分析知Cr、Ni没有出现扩散。实例将扫描电镜和能谱仪的应用充分的展现了出来，学生通过跟进整个分析过程加深了对扫描电镜和能谱仪应用的理解，提高了学习的兴趣达到了从课本走向“实践”的目的。
3.3金相分析在教学中的应用
金相显微镜主要是通过对组织形貌的检查来分析焊接接头的组织与其化学成分的关系。通过引入实例可以加深学生对焊接接头不同区域组织形貌特点的理解。焊接接头的宏观金相如图6所示。可清楚观察到根焊层、过渡层、填充层及盖面层。·852·SHANDONGCHEMICALINDUSTRY2021年第50卷图7中区域1是L245N与309LMo焊缝热影响区的金相组织，由图可以看出在L245N区域焊缝附近有马氏体生成，图中区域2是根焊316L与L245N的焊缝热影响区，由图可以看出L245N侧有粗大的块状铁素体生成。该组织强度低，脆性大。区域3是L245N焊缝的组织在熔合线位置附近出现网状铁素体与细小魏氏体组织。合金不同组织在授课过程中向学生讲解过，并配有图片，但授课效果并不理想。通过引入焊接接头实例讲解，将课程知识特点和焊接工艺过程结合起来，得到不同区域的不同组织，学生能够较好地掌握。
4小结
将焊接接头的真实案例引入到教学中可以充分的适应《材料现代研究方法》这门课较强应用性的特点，提高学生学习的兴趣的同时也充分调动了学生的积极性，这是课程教学改革的一次探索，后续工作还需要进一步的总结和完善，使该课程的教学效果继续提高。
参考文献
[1]马红萍.“材料现代研究方法”应用式教学探索与实践[J].中国质量与标准导报，2018(11):65-67.
[2]张正贵.材料现代分析方法课程改革与实践[J].教学改革与实践，2019(6):52-54.
[3]赵鸽.与科研课题相结合的“材料现代分析方法”课程课堂教学新模式的研究[J].荆楚学术，2020(3):163-164.
[4]杜刚.材料现代分析方法课程教学改革的探讨田[J].现代化教育，2018，5(22):66-67.
[5]李茂华，刘文辉，颜煥元.“材料近代测试方法”教学、科研相结合的教学改革探讨[J].当代教育理论与实践，2012，4(8):77-78.
《《材料现代研究方法》在焊接技术与工程专业应用式教学探索》来源：《山东化工》，作者：孙粲 雒设计
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