《金属材料焊接性》课程教学大纲（本科）.docx

金属材料焊接性(Weldability of Metal)课程代码：07410059学分：1.5学时：24 （其中：课堂教学学时：20 实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ） 先修课程：材料科学基础，金属材料与热处理、材料成型原理适用专业与版本：材料成型及控制工程专业2016版培养计划教材：焊接冶金学材料焊接性，李亚江，机械工业出版社，2016年7月第2版一'课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）金属材料焊接性建立在物理学、物理化学、金属学与热处理、材料成型原理等课程知识的 基础上，是材料成型及控制工程专业选修模块（焊接方向）中的一门重要的专业课。本课程的主要 学习目标是从焊接角度分析不同材料的基本特性（包括焊接性特点、焊接工艺、焊接材料等）。针对 具体材料焊接结构，掌握焊接材料选择和制订焊接工艺的基本原则和方法，为学生从事材料成型及 控制工程（焊接方向）的技术工作打下坚实的专业基础。通过本课程的学习，使学生了解金属材料焊接性研究的应用场合及相关基础知识，掌握合金结 构钢、不锈钢及耐热钢、有色金属、铸铁及先进材料等在焊接过程中出现的焊接性问题；掌握用于 这些常用工程材料焊接的填充材料的选择原则与焊接工艺要点。使学生能够根据被焊材料的物理化 学性能特点、焊缝成形和工作环境要求等，合理分析合金结构钢、不锈钢及耐热钢、有色金属、铸 铁及先进材料焊接材料的焊接性问题，并能够根据实际产品需要选择合适的填充材料及合理的焊接 工艺。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力 目标。）课程目标1:掌握合金结构钢、不锈钢及耐热钢、有色金属、铸铁及先进材料等在焊接过程中 出现的焊接性问题；课程目标2：掌握用于合金结构钢、不锈钢及耐热钢、有色金属、铸铁及先进材料焊接材料等 焊接的填充材料的选择原则及其焊接工艺要点；课程目标3：能根据被焊材料的物理化学、力学性能特点，以及工作环境要求等，分析合金结 构钢、不锈钢及耐热钢、有色金属、铸铁及先进材料焊接材料的焊接性；课程目标4：能够根据实际产品需要选择合适的焊接材料，并能根据焊接缺陷产生的原因进行 分析，优化焊接工艺。注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准；（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）本课程支撑专业培养计划中毕业要求14、2-2和4-4：1 .毕业要求指标点1-4.利用材料成型原理、材料成型工艺、材料成型设备等专业知识解决铸造 /焊接/锻压复杂工程问题。2 .毕业要求指标点22.能运用材料成型及控制工程科学的基本原理，判断复杂工程问题解决方 案的关键制约参数。3 .毕业要求指标点4-4.获取有效实验参数或数据，对实验数据或结果进行正确的分析和解释， 并通过信息综合归纳总结，获得有效的结论。要求指标点课程目标指标点1-4指标点2-2指标点4-4课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入二、课程内容与教学要求（按章撰写）第一章金属材料焊接性及其试验方法（一）课程内容（1）知识方面：金属焊接性概念（影响焊接性的因素、评定焊接性的原则）；焊接性试验的几 种常用方法（碳当量法、冷裂纹敏感指数法；冷裂纹试验方法、热裂纹试验方法等）（2）能力与素质方面：金属材料焊接性基本概念的理解；常用焊接性试验检测和考核方法的应 用场合，及其所对应的焊接性能指标。（二）教学要求（1）知识方面：掌握金属焊接性概念和几种常用焊接性试验方法的应用场合及所对应焊接性能 指标，重点掌握影响焊接性的因素，以及焊接性评定的基本原则。（2）能力与素质方面：能够理解金属材料焊接性的基本概念；会根据焊接结构件的性能要求， 选择合适的焊接性试验方法检验焊接性工艺的合理性。（三）重点与难点（1）重点：掌握影响焊接性的因素及评定焊接性的原则；（2）难点：掌握评定焊接性的各种试验方法及其应用场合。第二章合金结构钢的焊接（一）课程内容（1）知识方面：合金结构钢的分类和性能；热轧与正火钢的化学成分和性能、焊接性问题（包 括冷、热裂纹及影响因素，热影响区脆化等）、焊接工艺（包括焊接材料的选择，焊接参数的确定等）; 低碳调质钢和中碳调质钢的化学成分和性能、焊接性问题（包括冷、热裂纹及影响因素，焊缝组织 及韧性，热影响区性能的变化等）、焊接工艺（包括焊接材料的选择，焊接参数的确定、焊前预热和 焊后热处理工艺等）；珠光体耐热钢和低温钢的化学成分和性能、焊接性问题（焊缝组织与脆性断裂, 材料强化方式与韧性之间的关系等）、焊接工艺（包括焊接材料的选择，焊接方法的选择、焊前预热 和焊后热处理工艺等）。（2）能力与素质方面：掌握合金结构钢的分类和性能；五种合金结构钢的焊接性问题；能够针 对这些合金钢材料的焊接进行合理的焊接工艺编制和优化。（二）教学要求（1）知识方面：掌握合金结构钢的分类和性能；掌握五种合金结构钢成分与性能之间的影响关 系；重点掌握五种合金结构钢的常见焊接性问题，并根据焊接性要求选择合适焊接材料和合理的焊 接工艺。（2）能力与素质方面：不仅能针对五种合金钢焊接过程中出现的焊接性问题分析其形成原因， 还能根据焊件的性能要求提出有效地防止措施；在五种合金钢焊接T艺制订的过程中，可以根据焊 接件的工作环境，选择合适的焊接材料、合理的焊接方法及热处理工艺。（三）重点与难点（1）重点：掌握五种合金结构钢的常见焊接性问题，并根据焊接性要求选择合适焊接材料和合 理的焊接工艺。（2）难点：能对五种合金钢的焊接性问题分析其形成原因，并能针对生产实际情况初步制订合 理的焊接工艺。第三章不锈钢及耐热钢的焊接（一）课程内容（1）知识方面：不锈钢及耐热钢的分类及特性（包括不锈钢的耐腐蚀性能、钢中主要合金元素 Ni、Cr的影响等）；奥氏体不锈钢的类型、焊接性分析（包括接头腐蚀性能、脆化现象等）、焊接工 艺（包括焊接材料、焊接方法的选择，焊接参数的确定等）；铁素体及马氏体不锈钢的分类、焊接 性分析（包括接头腐蚀性能、脆化问题等）、焊接工艺（包括焊接材料的选择，焊接参数的确定、焊 后热处理工艺等）。（2）能力与素质方面：掌握不锈钢及耐热钢的分类及特性（尤其是耐腐蚀性能）；奥氏体、铁 素体、马氏体不锈钢的焊接性问题；能够针对这些不锈钢及耐热钢的焊接进行合理的焊接工艺编制 和优化。（二）教学要求（1）知识方面：掌握不锈钢及耐热钢的分类及特性（尤其是耐腐蚀性能）；重点掌握奥氏体、 铁素体、马氏体不锈钢的常见焊接性问题，并能根据焊接性（含耐腐蚀性能）要求选择合适焊接材 料和合理的焊接工艺。（2）能力与素质方面：不仅能针对奥氏体、铁素体、马氏体不锈钢焊接过程中出现的焊接性（含 耐腐蚀性能）问题分析其产生原因及影响因素，还能根据焊件的性能要求（含耐腐蚀性能）提出有 效地防止措施（或优化措施）；在奥氏体、铁素体、马氏体不锈钢焊接工艺制订的过程中，可以根据 焊接件的工作环境，选择合适的焊接材料、合理的焊接方法及热处理工艺。（三）重点与难点（1）重点：掌握奥氏体、铁素体、马氏体不锈钢的常见焊接性问题，并根据焊接性要求选择合 适焊接材料和合理的焊接工艺。（2）难点：能对奥氏体、铁素体、马氏体不锈钢的焊接性（含耐腐蚀性能）问题分析其产生原 因及影响因素，并能针对实际情况初步制订合理的焊接工艺。第四章有色金属的焊接（一）课程内容（1）知识方面：铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金的分类、成分和性能；铝及铝合金、铜 及铜合金、钛及钛合金的焊接性问题（包括气孔问题，接头的裂纹等）；铝及铝合金、铜及铜合金、 钛及钛合金的焊接工艺（包括焊接材料的选择，焊接方法的选择、焊前预热和焊后热处理工艺等）。（2）能力与素质方面：掌握铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金的分类、成分和性能；铝及 铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金的焊接性问题；能够针对铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金 的焊接进行合理的焊接工艺编制和优化。（二）教学要求（1）知识方面：掌握铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金的分类、成分和性能；重点掌握铝 及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金的常见焊接性问题，并根据焊接性要求选择合适焊接材料和合 理的焊接工艺。（2）能力与素质方面：不仅能针对铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金焊接过程中出现的焊 接性问题分析其形成原因，还能根据焊件的性能要求提出有效地防止措施；在铝及铝合金、铜及铜 合金、钛及钛合金焊接工艺制订的过程中，可以根据焊接件的工作环境，选择合适的焊接材料、合 理的焊接方法及热处理工艺。（三）重点与难点（1）重点：掌握铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金的常见焊接性问题，并根据焊接性要求 选择合适焊接材料和合理的焊接工艺。（2）难点：能对铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金的焊接性问题分析其形成原因，并能针 对生产实际情况初步制订合理的焊接工艺。第五章铸铁焊接（一）课程内容（1）知识方面：铸铁的种类及其焊接方法（包括铸铁的种类、凝固特点与石墨化、焊接方法等）; 铸铁的焊接性问题（包括淬硬组织，焊接裂纹及焊接性特点等）；铸铁的焊接材料及焊接工艺（包括 焊接材料的选择，焊接方法的选择等）。（2）能力与素质方面：掌握铸铁的种类及其焊接方法；铸铁的焊接性问题；能够针对铸铁的焊 接进行合理的焊接工艺编制和优化。（二）教学要求（1）知识方面：掌握铸铁的种类及其焊接方法；重点掌握铸铁的凝固特点与石墨化，铸铁的常 见焊接性问题，并根据其焊接性要求选择合适焊接材料和合理的焊接工艺。（2）能力与素质方面：不仅能针对铸铁焊接过程中出现的焊接性问题分析其形成原因，还能根 据焊件的性能要求提出有效地防止措施；在铸铁焊接工艺制订的过程中，可以根据焊接件的工作环 境，选择合适的焊接材料、合理的焊接方法及热处理工艺。（三）重点与难点（1）重点：掌握铸铁的常见焊接性问题，并根据焊接性要求选择合适焊接材料和合理的焊接工 艺。（2）难点：能对铸铁的焊接性问题分析其形成原因，并能针对生产实际情况初步制订合理的焊 接工艺。第六章先进材料的焊接（一）课程内容（1）知识方面：先进材料的分类及性能特点；几种先进材料（陶瓷材料、金属基复合材料等） 的焊接性分析；几种先进材料（陶瓷材料、金属基复合材料等）的焊接焊接工艺特点。（2）能力与素质方面：掌握先进材料的分类及性能特点；几种先进材料（陶瓷材料、金属基复 合材料等）的焊接性问题；能够针对几种先进材料（陶瓷材料、金属基复合材料等）的焊接进行合 理的焊接工艺编制和优化。（二）教学要求（1）知识方面：掌握先进材料的分类及性能特点；重点掌握几种先进材料（陶瓷材料、金属基 复合材料等）的常见焊接性问题，并根据其焊接性要求选择合适焊接材料和合理的焊接工艺。（2）能力与素质方面：不仅能针对几种先进材料（陶瓷材料、金属基复合材料等）焊接过程中 出现的焊接性问题分析其形成原因，还能根据焊件的性能要求提出有效地防止措施；在儿种先进材 料（陶瓷材料、金属基复合材料等）焊接工艺制订的过程中，可以根据焊接件的工作环境，选择合 适的焊接材料、合理的焊接方法及热处理工艺。（三）重点与难点（1）重点：掌握几种先进材料（陶瓷材料、金属基复合材料等）的常见焊接性问题，并根据焊 接性要求选择合适焊接材料和合理的焊接工艺。（2）难点：能对几种先进材料（陶瓷材料、金属基复合材料等）的焊接性问题分析其形成原因, 并能针对其焊接工艺特点初步制订合理的焊接工艺。第七章异种材料的焊接（一）课程内容（1）知识方面：异种材料的分类、组合及焊接性特点（包括异种钢、异种金属等）；异种钢、 异种金属的焊接性特点；异种钢、异种金属的焊接工艺特点。（2）能力与素质方面：掌握异种材料的分类、组合及焊接性特点；异种钢、异种金属的焊接性 特点；能够针对异种钢、异种金属的焊接进行合理的焊接工艺编制和优化。（二）教学要求（1）知识方面：掌握异种材料的分类、组合及焊接性特点；重点掌握异种钢、异种金属的焊接 性特点，并根据异种钢、异种金属焊接性特点选择合适焊接材料和合理的焊接工艺。（2）能力与素质方面：不仅能针对异种钢、异种金属焊接过程中出现的焊接性问题分析其原因, 还能根据焊件的性能要求提出有效地防止措施；在异种钢、异种金属焊接工艺制订的过程中，可以 根据焊接件的工作环境，选择合适的焊接材料、合理的焊接方法及热处理工艺。（三）重点与难点（1）重点：掌握异种钢、异种金属的焊接性特点及焊接工艺特点。（2）难点：能对异种钢、异种金属的焊接性特点进行分析，并能针对其焊接工艺特点初步制订 合理的焊接工艺。三、本课程开设的实验项目（如课程不含实验，该项可不填）编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标1低碳钢焊接实验2验证性必做42铝合金焊接实验2验证性必做4注：1 .“类型”填验证性、综合性、设计性等；2.“要求”填必做、选做。实验L低碳钢焊接实验实验目的：了解低碳钢焊接方法、焊接电源的选择；了解和掌握低碳钢的焊接材料、焊接参数 的选择原则；掌握低碳钢焊接过程中容易产生的焊接缺陷及其防止措施。实验原理：低碳钢焊接性基本原理。实验仪器：焊条电弧焊焊机BX300-1,气体保护焊焊机KEMPPI Faster MIG 400,全数字化TIG 焊机 Fronius Magic Wave 3000 Job G/F。实验安排：1、了解焊条电弧焊焊机BX300-1,气体保护焊焊机KEMPPI Faster MIG 400,全数字化TIG焊 机Fronius Magic Wave 3000 Job G/F三种设备上主要焊接参数的调节方法。熟悉焊条、焊丝的型号、 规格等。2、采用机械清理的方法，严格清理焊缝坡口及两侧20mm处的水、锈、油等杂质。确定装配间隙及定位焊间距。3、选取焊接方法和相应的焊接参数。焊条电弧焊TIG焊CO2气保焊焊接方向右焊法左焊法左焊法焊材J422>J507（!：（p3.2mm）H08A、H08Mn2A （规格：（pl.2 mm）H08A、H08Mn2A （规格：（pl.2 mm）焊接电流90120A60-100A230270A焊接速度2mm/slmm/s2mm/s4、观察并记录焊后焊缝表面缺陷情况，分析其产生的原因。实验报告要求：简述低碳钢焊接实验过程；记录焊接工艺参数，将实验数据及结果以表格列出; 写出焊接参数变化对焊缝成形质量的影响规律；写出实验的体会与疑问。实验2.铝合金焊接实验实验目的：了解铝合金焊接方法、焊接电源的选择；了解和掌握铝合金材料的焊接材料、焊接 参数的选择原则；掌握铝合金焊接过程中容易产生的焊接缺陷及其防止措施。实验原理：铝及铝合金焊接性基本原理。实验仪器:熔化极气体保护焊机KEMPPI Faster MIG 400、全数字化TIG焊机Fronius Magic Wave 3000 Job G/F； HS301 > HS311 焊丝（规格：（pl.2 mm、（p3mm ） ； 3003 铝合金（规格： 200mmx 1 OOmmx6mm）。实验安排：1、采用化学或机械方法，严格清理焊缝坡口两侧的表面氧化膜。清理好后立即施焊，如果放置 时间超过4h,应重新清理。2、确定装配间隙及定位焊间距。采用交流鸨极筑弧焊（即TIG焊），或交流惰性气体保护焊（即 MIG焊）。选用301纯铝焊丝及311铝硅焊丝。3、选取焊接方法和参数。一般以左焊法进行，焊炬和工件成60。角。焊接厚度15mm以上时， 以右焊法进行，焊炬和工件成90。角。焊件开V形坡口，夹角为60。70。，间隙不得大于1mm。若采用TIG焊，鸨极直径选2.4mm, 焊接电流80120A的，焊丝直径3mm, 12层焊完。若采用MIG焊，选用1.2mm焊丝，焊接电 流 200250A。4、观察并记录焊后气孔、裂纹及焊接变形等情况，分析其产生的原因。实验报告要求：简单解释铝合金材料的型号；简述铝合金焊接过程；记录焊接工艺参数，将实 验数据及结果以表格列出；写出焊接参数变化对焊缝成形质量的影响规律；写出实验的体会与疑问。四、学时分配及教学方法章节内容教学方式与学时支撑课程目 标课 堂 教 学实验上机课 程实 践作 业讨论第1 章金属材料焊接性及其试验方法：金属 焊接性概念；焊接性试验的几种常用方 法11第2 章合金结构钢的焊接：合金结构钢的分类 和性能；热轧与正火钢的化学成分和性 能、焊接性问题、焊接工艺；低碳调质 钢和中碳调质钢的化学成分和性能、焊 接性问题、焊接工艺；珠光体耐热钢和 低温钢的化学成分和性能、焊接性问题、 焊接工艺。62V1、 2、 3、 4第3 章不锈钢及耐热钢的焊接：不锈钢及耐热 钢的分类及特性;奥氏体不锈钢的类型、 焊接性分析、焊接工艺；铁素体及马氏 体不锈钢的分类、焊接性分析、焊接工 艺。4q1、 2、 3、 4第4 章有色金属的焊接：铝及铝合金、铜及铜 合金、钛及钛合金的分类、成分和性能； 铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金 的焊接性问题；铝及铝合金、铜及铜合 金、钛及钛合金的焊接工艺。321、 2、 3、 4第5 章铸铁焊接：铸铁的种类及其焊接方法； 铸铁的焊接性问题；铸铁的焊接材料及 焊接工艺。21、2、3第6先进材料的焊接：先进材料的分类及性21、2、3章能特点；几种先进材料的焊接性分析； 几种先进材料的焊接焊接工艺特点。第7 章异种材料的焊接:异种材料的分类、组合 及焊接性特点；异种钢、异种金属的焊 接性特点；异种钢、异种金属的焊接工 艺特点。21、2、3合 计204注：1 .课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;五、课程考核考核形式考核要求考核权重课程目标平时作业课后完成重要章节的习题，主要考核学生对每节 课知识点的复习、理解和掌握程度，计算全部作 业的平均成绩再按10%计入总成绩。10%1、3点名及课 堂小练习以随机的形式，在每章内容进行中或结束后，随 堂测试1-3题，主要考核学生课堂的听课效果和课 后及时复习消化本章知识的能力，结合平时的随 机点名，最后按10%计入课程总成绩。10%1、3课程实验完成4个学时的实验，主要考核学生利用所学知 识开展实验的能力，进行金属材料焊接性分析、 焊接材料选择等，根据学生课程成绩评定标准 最后按10%计入课程总成绩。10%2期末考试 卷面成绩试卷题型可包括填空题、判断题、简答题、论述 题等类型，权重分布如下：对应课程目标1占 30%-40%;对应课程目标2占20%-30%;对应课 程目标3占30%-40%;对应课程目标4占5-10%0 根据评分标准计算得分并以卷面成绩的70%计入 课程总成绩。70%1、 2、 3、 4注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。2 .考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、项目设计和作品等。3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）（1）金属材料焊接工艺，李荣雪，机械工业出版社，2015年01月，第2版（2）金属材料焊接，葛国政，中国劳动社会保障出版社，2011年04月，第1版（3）金属材料焊接，和社会保障部教材办公室，中国劳动社会保障出版社，2009年5月，第1 版（4）金属与焊接材料实用手册，金属与焊接村料实用手册编委会，四川科学技术出版社， 2007年05月，第1版（5）有色金属焊接及应用，李亚江、李嘉宁、王娟等，化学工业出版社，2015年06月，第2七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）（1）教学重点为第二章和第三章；（2）考核方式（说明，成绩评定办法）：期末考试占70%,平时占20% （包括出勤、上课表现 和平时作业），课程实验占10%。