發(fā)布時間：2023-12-31 10:49:56
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的焊接技術(shù)起源樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關鍵詞：超高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)策略
Abstract: This article discusses the high-rise construction technology at present stage, so as to find out the super high rise steel structure construction technology strategy.
Key words: high-rise building; steel structure; construction technology strategy
中圖分類號：TU7 文獻標識碼： A文章編號：2095-2104（2012）
一般的，為了保證超高層建筑的穩(wěn)定性與安全性，都采用鋼結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)的施工是一項技術(shù)型非常強的工作，要求從施工的設計、材料的采購、現(xiàn)場的安裝、施工管理方面都要做到細心，這也是建筑施工單位技術(shù)水平的體現(xiàn)。
1.超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程
隨著科技水平的不斷發(fā)展，越來越多的超高層建筑層出不窮，這也是人們征服自然的表現(xiàn)，也是人們不斷進步的重要標志，超高層建筑也是一個國家的綜合水平的體現(xiàn)。由于超高層建筑的特殊性，一般的超高層建筑主體都采用了鋼結(jié)構(gòu)。超高層建筑的起源是美國，至今已有100多年的歷史，超高層建筑不僅能帶來明顯的經(jīng)濟效益，同時也是一個國家科技發(fā)展的重要體現(xiàn)。因此，在這100多年的時間里，世界各國都在爭先恐后的修建超高層建筑（如圖1），不僅在高度上越來越高，而且在建筑的造型上也逐漸的多樣化。（如圖2）
（圖1）超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑 （圖2）形式多樣化的超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑
2.超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的特點
超高層的鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工量比較大，其組成的部件很多。同時，用來施工與對方組成部件的場地較?。怀邔愉摻Y(jié)構(gòu)公式的另一大特點就是立體交叉施工，而安裝的標準也非常高，不允許有任何的錯誤，對材料的選取上以及測量，焊接等施工的工藝要求都非常的嚴格；起重機的安裝、升降以及拆除技術(shù)要求很高。這些都是超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的主要特點，還有一些在建筑施工中需要注意的細節(jié)也是能夠保證超高層建筑施工的關鍵。
3.超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的技術(shù)策略
3.1超高層鋼結(jié)構(gòu)施工前期的準備
為了保證超高層建筑的順利施工，在施工之前一定要對以下幾個放面進行積極有效的前期準備。1、在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工之前，一定要對施工的現(xiàn)場進行勘察，同時對施工的材料（鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、連接部件、零部件）進行驗收，對施工的測量儀器進行校驗，對構(gòu)件的對方以及技術(shù)人員與工具等都要進行積極的準備。2、在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工之前，還要對施工的大型設備進行檢驗，還要對升降機內(nèi)的鋼絲以及容量繩進行檢驗，確保施工的安全。
在確定超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)之前，一定要對需要施工的結(jié)構(gòu)有一定的了解，還要根據(jù)實際的技術(shù)水平預計環(huán)境等因素來綜合考慮。這些前提條件都是超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工的重要前提，先進的施工技術(shù)也要符合自身的條件。
3.2超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的測量技術(shù)
在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工時，一定要配備完好的儀器，并且精心的設置基準測量點，并且要選擇正確適合的測量方法，同時這也是能夠保證施工安全的基本原則。而在建筑測量的過程中，由于建筑本身的高度限制，導致了測量的難度非常大，現(xiàn)階段，國際上先進的測量技術(shù)是建立雙重控制網(wǎng)，利用衛(wèi)星導航系統(tǒng)來進行設定基線網(wǎng)，同時，以精準度非常高的全站儀最為重要手段，從而來實現(xiàn)超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑坐標的準確定位。
3.3超高層鋼結(jié)構(gòu)施工的焊接技術(shù)
在超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑施工的過程中，對于各個構(gòu)件的接點，都是以焊接的形式進行連接，焊接量非常大，而且要求也非常高，因為，鋼結(jié)構(gòu)的焊接直接影響鋼結(jié)構(gòu)建筑的牢固程度，若焊接技術(shù)不到位，那么造成的后果是不堪設想的。同時，高層鋼結(jié)構(gòu)的焊接還受天氣情況的影響，所以說，必須要求超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的焊接技術(shù)一定要過硬。在焊接的過程中，首先要考慮的是鋼材的不同特性以及現(xiàn)場的條件限制，并且選擇合理適用的焊接技術(shù)，在焊接的過程中，一定要注意天氣情況，進行有效的防風防雨措施，以免發(fā)生意外?，F(xiàn)階段，超高層鋼結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)一般都以二氧化碳保護半自動焊接技術(shù)為主，以手動為輔，焊接的過程還要考慮鋼結(jié)構(gòu)的焊接順序，所以說，制定一個完善的焊接方案也是在焊接過程中不可缺少的部分，從而在最大的程度上將隱患減到最低。
3.4仿真施工分析技術(shù)
在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工的過程中，在自身以及自然因素影響的條件下，會產(chǎn)生變形的情況，如果不對這一情況加以控制，將會導致嚴重的后果，甚至造成人員傷亡。所以說，一定要在施工前對這些能夠影響鋼結(jié)構(gòu)建筑變形的條件進行分析。施工仿真分析技術(shù)是利用計算機來模擬施工過程中容易導致鋼結(jié)構(gòu)變形的因素的先進技術(shù)。能夠?qū)φ麄€施工過程進行仿真分析，同時也能對各種因素對施工的影響進行有效的評價。
3.5實時監(jiān)控技術(shù)
在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工的過程中，各種情況都是在不斷的變化，施工仿真技術(shù)所測算的結(jié)果與實際情況可能會有一定的差異。所以說，要想保證建筑施工的整體穩(wěn)定性，在建筑施工的過程中利用實施監(jiān)控技術(shù)也非常的重要。實施監(jiān)控技術(shù)是利用先進的監(jiān)控設備來對建筑施工的各道工序進行有效的監(jiān)督與控制，能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場出現(xiàn)的任何微小問題進行分析，并做出正確的判斷，從而使建筑施工更加的準確安全。（如圖3）
（圖3）溫度的測定結(jié)果 （圖4）臨時支撐措施示意圖
3.6臨時措施的應用
在建筑施工的過程中，一般的都會采用臨時措施，用來臨時構(gòu)建通道以及固定結(jié)構(gòu)，在一些施工的過程中，由于建筑的高度，會給建筑施工帶來很大的困難。所以，利用臨時的支撐結(jié)構(gòu)來穩(wěn)定主體以及構(gòu)建方便的施工通道也是必要的。在考慮施工安全的同時，臨時措施一定要符合施工的安全制度，確保結(jié)構(gòu)主體的穩(wěn)定性以及施工人員的人身安全。
4.總結(jié)
超高層鋼結(jié)構(gòu)是一個國家科技進步的重要體現(xiàn)，但是，其施工的困難也是相當大的，要根據(jù)實際的情況以及綜合技術(shù)水平進行全面的考慮。超高層鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)還在不斷的進步，它是一個時展的產(chǎn)物，也是一個時展的必然。
參考文獻：
關鍵詞：二氧化碳；氣體保護焊；焊接缺陷
中圖分類號：O659 文獻標識碼：A
前言
二氧化碳氣體保護焊現(xiàn)今在很多領域都得到了應用，尤其是二氧化碳氣體保護焊在低碳鋼和低合金鋼結(jié)構(gòu)焊接中具有成本較低，生產(chǎn)率高，操作方便等優(yōu)點，是近年來我國普遍推廣使用的焊接方法。但是，如果對二氧化碳氣體保護焊不了解或是操作不當將會產(chǎn)生很多的問題。下文將就二氧化碳氣體保護焊的原理、構(gòu)成以及因操作不當?shù)仍斐傻母鞣N缺陷進行闡述。
一、二氧化碳氣體保護焊的簡介
（一）什么是二氧化碳氣體保護焊
二氧化碳保護焊主要采用了焊絲，而不是傳統(tǒng)電焊中所需要用到的焊條，通過絲輪，軟管，將焊絲送至焊槍，導電系統(tǒng)經(jīng)過電咀導電后，在二氧化碳的環(huán)境中，同母材產(chǎn)生一定的電弧，產(chǎn)生電弧后會釋放大量的熱，利用這一原理，進行焊接。二氧化碳氣體會通過焊槍的噴嘴，噴射范圍在焊絲周圍，因而電弧周圍會受到二氧化碳的保護，形成一個隔絕空氣的保護層，令溶滴和溶池不會受到空氣的影響，因而可以令焊接穩(wěn)定持續(xù)，同時保證焊縫質(zhì)量可以滿足焊接質(zhì)量的要求。二氧化碳保護焊的發(fā)展起源于上世紀五十年代，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，已經(jīng)成為當代最為重要的焊接技術(shù)之一。在汽車、工程機械以及造船、電梯制造鍋爐等行業(yè)中廣泛的應用開來，各種金屬的加工制造也是二氧化碳保護焊的重要應用范圍。
（二）該種焊接優(yōu)點
該種焊接方式相對比其他的焊接方式，優(yōu)勢較為明顯，具體論述包括以下幾方面，首先，通過二氧化碳保護焊焊接的投入成本較低，對比手工電弧焊或者埋弧焊，其成本僅為傳統(tǒng)焊接的一半；其次，二氧化碳保護焊的焊接效率較高，生產(chǎn)率相對比手工焊接方式，可以提高三倍左右；再者，二氧化碳保護焊的操作更加方便，由于是明弧焊接，因而對于工件厚度沒有限制，可以全面對焊接位置進行操作，也可以向下進行焊接，在操作手法上更加便捷；第四，抗裂性能相對較高，由于二氧化碳隔絕了空氣，因而焊接中受到的影響相對較小。焊縫的含氮量以及含氫量相對較??；另外焊后形變量也相對較小，對比手工電弧焊，此方式焊接的形變角度僅為千分之五，而不平度僅僅為千分之三。最后則是焊接過程中不回產(chǎn)生較大的飛濺，由于此阿勇了低碳韓進作為焊絲，或者焊接中使用了藥芯焊絲，而焊接使用的二氧化碳中加入了惰性氣體Ar，所以不會產(chǎn)生過量的飛濺。
（三）二氧化碳氣體保護焊的保護效果
二氧化碳氣體保焊是利用二氧化碳氣體作為保護氣體的一種電弧焊。二氧化碳氣體本身是一種活性氣體，它的保護作用主要是使焊接區(qū)與空氣隔離，防止空氣中的氮氣對熔池金屬的有害作用，因為一旦焊縫金屬被氮化和氧化，設法脫氧是很容易實現(xiàn)的，而要脫氮就很困難。二氧化碳氣保焊在二氧化碳保護下能很好地排除氮氣。在電弧的高溫作用下（5000K以上），二氧化碳氣體全部分解成CO+ O，可使保護氣體增加一倍。
二、二氧化碳氣體保護焊的規(guī)范參數(shù)
二氧化碳氣體保護主要有以下一些參數(shù)：焊接電流、焊接電壓、焊接速度、干伸長度、焊絲、氣體和極性。焊接電流：根據(jù)焊接條件（板厚、焊接位置、焊接速度、材質(zhì)等參數(shù)）選定相應的焊接電流。CO2焊機調(diào)電流實際上是在調(diào)整送絲速度。因此CO2焊機的焊接電流必須與焊接電壓相匹配，既一定要保證送絲速度與焊接電壓對焊絲的熔化能力一致，以保證電弧長度的穩(wěn)定。焊接電壓既電弧電壓： 提供焊接能量。電弧電壓越高，焊接能量越大，焊絲熔化速度就越快，焊接電流也就越大。在焊接電壓和焊接電流一定的情況下： 焊接速度的選擇應保證單位時間內(nèi)給焊縫足夠的熱量.干伸長度是指焊絲從導電咀到工件的距離。
三、二氧化碳氣體保護焊使用時需要注意的問題和容易產(chǎn)生的缺陷
氣保焊機有別于其它焊機之處在于它是機、電、氣三位一體的設備，在使用中，對于其所發(fā)生的問題我們應從此三個因素去理解、分析和解決。一般地說：不能焊―電路故障；不好焊―機械故障；焊不好―保護氣氣體不純或氣路問題。這是經(jīng)驗的寫照，而后兩者占了問題總數(shù)的90%。二氧化碳氣體保護焊使用時需要注意的問題：（一）供電電源應連接可靠、網(wǎng)壓正常穩(wěn)定（二）綜合線纜連接緊密可靠、盤繞有序、不打死彎。電纜線應選用足夠截面積的銅制電纜。（三）氣瓶壓力、氣體流量應符合規(guī)范，加長綜合電纜時最小氣瓶壓力、氣體流量均應適當提高。（四）注意保護焊槍，勿踩踏、防燒、防燙、保持槍體平順。（五）保證導電嘴完好，及時清理飛濺焊渣。（六） 加長綜合線纜后，適當加大電弧力。（七）加長綜合線纜后，焊接電壓在標準規(guī)范上適當增加。（八） 隨綜合線纜加長，最大輸出電流應減小，暫載率應下降。二氧化碳氣體保護焊的缺陷：氣孔、 裂紋、 蛇形、 焊道、 飛濺、電弧不穩(wěn)等缺陷。
結(jié)語
本文就二氧化碳保護焊的原理、構(gòu)成以及因操作不當?shù)仍斐傻母鞣N缺陷進行闡述。
參考文獻
【關鍵詞】焊接缺陷，裂紋，磁粉探傷
目前，焊接技術(shù)在冶金、機械、石油和化工等部門中的應用已經(jīng)相當普遍。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，高強度焊接結(jié)構(gòu)鋼的應用日趨廣泛，高強鋼在焊接時產(chǎn)生缺陷的傾向比普通焊接結(jié)構(gòu)鋼要大，因此隨著高強度鋼的應用對無損檢測技術(shù)也就提出了更高的要求。
焊接部位存在缺陷，必然對其機械強度產(chǎn)生一定的影響，其缺陷程度與靜態(tài)強度、沖擊強度、疲勞強度以及應力腐蝕的敏感度等具有極為復雜的關系。焊接中的缺陷諸如裂紋、未焊透、氣孔、夾渣等缺陷，只有在制造過程中間的適當環(huán)節(jié)正確的進行無損檢測，才能防止無效的進行以后的工序，從而實現(xiàn)全過程的質(zhì)量管理，減低制作成本。裂紋尤其是表層裂紋在焊接結(jié)構(gòu)中，特別是在承受應力作用的焊接結(jié)構(gòu)中，是一種危害極大的缺陷。為保證焊接結(jié)構(gòu)安全運行，就必須加強焊接件的檢驗，發(fā)現(xiàn)缺陷并及時排除。通過對焊縫進行無損檢測，檢查缺陷并進行修補，以保證質(zhì)量，因此無損檢測也是質(zhì)量控制的手段之一。
焊接是在母材和電極之間形成電弧，通過電弧使電能轉(zhuǎn)換為熱能，由于電弧的高溫使焊接金屬熔化并與母材熔合。焊接構(gòu)件是經(jīng)過一系列工序的加工才完成的。在構(gòu)件制作過程中的不同工藝階段，由于工藝和操作不當有可能產(chǎn)生相應的工藝缺陷。
一、焊接裂紋
1、氣割裂紋。下料和坡口加工多數(shù)采用火焰切割的方法，當氣割工藝不當或環(huán)境溫度過低，冷卻速度過快時，對于強度較高的鋼容易產(chǎn)生氣割裂紋。這種裂紋的方向是不定的，其深度一般在百分之幾到十分之幾毫米。
2、電弧氣刨裂紋。電弧氣刨是以碳棒為電極與鋼板產(chǎn)生電弧，從而把鋼熔化，同時用氣流把鋼水吹掉。在這個過程中，碳要向鋼材表面過度，造成氣刨面的增碳。如果冷卻速度過快就會在電弧氣刨面產(chǎn)生裂紋。這種裂紋的方向是任意的。
3、焊接裂紋
焊接裂紋形成的主要原因有以下幾種：1）母材金屬的碳含量或硫、磷含量過高時，其焊接性變差，容易產(chǎn)生裂紋。2）焊條、焊劑等焊接材料中的合金元素和硫、磷含量越高時，產(chǎn)生裂紋的傾向也就越大。3）低溫或有風的情況下焊接，致使焊縫冷卻速度過快也容易產(chǎn)生裂紋。4）焊接厚板或其結(jié)構(gòu)的剛性大也容易產(chǎn)生裂紋。
焊接裂紋從不同角度有不同的分類方法。按形成裂紋的溫度可分為熱裂紋和冷裂紋，按裂紋產(chǎn)生的位置可分為焊縫裂紋、熱影響區(qū)裂紋、熔合線裂紋三類。焊接裂紋產(chǎn)生的2個充要條件：力學因素和冶金因素。力學因素：內(nèi)力——制造過程中焊接應力、相變應力；外力——使用過程中產(chǎn)生。冶金因素：母材：氫脆、合金元素引起的急冷硬化、回火脆性、時效硬化、加工硬化、高（低）溫脆化、腐蝕脆化等。焊縫：夾雜物（O、N、H、氣孔）脆化、結(jié)晶（柱狀、線狀、粗大）及晶界脆化、急冷脆化等。
二、磁粉檢測缺陷檢出度
磁粉檢測適用于磁性材料的表面和近表面缺陷檢測，它廣泛應用于各個工業(yè)領域，在鑄、鍛件的制造過程中，特別在鐵道車輛的制造、廠修、段修中，磁粉檢測也是重要的常用的無損檢測手段之一。焊接缺陷除肉眼檢測外，還應進行磁粉檢測、射線檢測、超聲波檢測、滲透檢測、渦流檢測。有關文獻做過鑒別嘗試，磁粉法檢測對鐵磁性材料的表面的缺陷很敏感，而其他方法則無法可比。
磁粉檢測的原理是：鐵磁性材料磁化后，在表面和近表面形成漏磁場。此時在鐵磁性材料表面撒上磁粉，磁粉粒子便會吸附在缺陷區(qū)域，顯示出缺陷的位置、形狀和大小。磁粉檢測是利用磁粉聚集來顯示工件上的不連續(xù)性及缺陷的。通常把檢測時磁粉聚集而形成的圖象稱為磁痕。在檢測中觀察到的，缺陷部位吸附著的磁粉叫做缺陷的磁痕。
1、影響磁粉檢測缺陷檢出度的各種因素
根據(jù)電流磁化的原理，當磁化電流強度大時所產(chǎn)生的磁化強度也大，容易暴露缺陷的存在，但磁化電流過大，會使工件表面產(chǎn)生假象，影響正確分析和判斷工件質(zhì)量，所以應該根據(jù)工件的技術(shù)條件選擇磁化電流，不可隨便提高磁化電流的數(shù)值。磁粉的磁性和粒度對檢出度有很大影響，作為磁粉檢測用的磁粉除應經(jīng)過充分氧化，使其成為導磁率高的高性氧化鐵外，還應具有適當?shù)牧６?。材料的磁化性質(zhì)隨著材料成分、結(jié)晶狀態(tài)及熱處理不同而異，材料導磁性越好，缺陷越容易檢出。采用磁懸液檢測時，應選擇表面張力小、滲透性好的油液按比例配制磁懸液，以便隨著磁場的建立，將磁粉很快帶到缺陷部位去。磁化方向與缺陷方向垂直時，漏磁最大，因而確定要檢測沿一方向延伸的缺陷，就應盡可能把與缺陷垂直的方向做為磁化方向。另外，工件表面平整、清潔、光亮時，磁粉檢測的缺陷檢出度最大。磁粉檢測的對象是表面裂紋一類的缺陷，而焊接缺陷不論尺寸、形狀方面，還是結(jié)構(gòu)組織上和材質(zhì)方面都容易產(chǎn)生裂紋，所以焊縫缺陷的檢測使用磁粉法極為常用。
2、磁粉檢測特點和缺陷檢測界限
磁粉檢測的特點是可檢測出鐵磁性材料表面和近表面的缺陷；能直觀地顯示出缺陷的位置、形狀、大小和嚴重程度；具有很高的檢測靈敏度，可檢測微米級寬度的缺陷；檢測缺陷重復性好；在所有種類的探傷中費用最低。由于磁粉是微細的，說磁粉檢測是沒有檢測界限也不過分，從強度觀點看，磁粉檢測能檢測出位于強磁體內(nèi)的結(jié)晶中的磁痕，不作為缺陷的小缺陷都能檢測出來，從工業(yè)角度說，磁粉檢測能夠把實際意義上的裂紋檢測出來。如果將交流磁化和直流磁化作一比較，交流磁化對表面缺陷特別靈敏，不易檢出較深的缺陷；而直流磁化可以發(fā)現(xiàn)表面以下特深的缺陷。有關資料報道，交流磁化能檢出離表面1.5毫米深的缺陷，而直流磁化能檢出具距離表面3—4毫米深的缺陷。
裂紋等開口缺陷是一種危害性最大的缺陷，它除降低焊接接口的強度外，還因裂紋末端呈尖銳的缺口，在焊接件承載后引起應力集中，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。日常工作中，經(jīng)常遇到這樣的情況，X射線、超聲波檢測沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，磁粉檢測卻能發(fā)現(xiàn)表面裂紋，所以說，無論X射線、超聲波檢測、還是磁粉檢測都有其各自的特點和不足，為了更全面的檢驗與評價材料和產(chǎn)品的質(zhì)量性能，必須采用多種方法組合和檢測。
參考文獻：
[1]中國機械工程學會無損檢測學會，磁粉探傷，機械工業(yè)出版社，1987.3
[2]復旦大學，上海師范大學物理系 物理學（電磁學），上?？茖W技術(shù)出版社，1979
關鍵詞： 小直徑筒體焊接 工藝
中圖分類號： TG439 文獻標識碼： A 文章編號：
正文： 所謂非機加工小直徑筒體，在國家標準規(guī)范里，并沒有明確其直徑范圍是多少，一般以卷板機能卷制最小直徑。有的筒體直徑不大于500mm，坡口采用半自動火焰或是手工火焰切割；然后打磨至露出金屬光澤，手工電弧焊焊接；也有的小直徑碳素鋼、低合金鋼和奧氏體不銹鋼筒體，一般指內(nèi)徑φ≤600mm，筒體壁厚δ≥3mm，長度L ≤1500mm。坡口以機械加工坡口為主，一般都是小型的壓力容器。如氣瓶、立式反應罐等。壓力容器對焊接要求嚴格得多，小直徑筒體焊接還包括了一些人能進去但不能施焊的壓力容器，比如：600--700mm鍋爐汽包，人僅能進去檢驗、但不能處理焊道、不能焊接。像這樣的小直徑筒體，可以參照GB150《固容規(guī)》去焊接。
小直徑筒體焊接有如下幾個特點：
僅能單面焊接；
焊縫必須為全熔透焊縫！在電焊工考試中有一個比較嚴格的項目，就是關于管道焊接或者針對于小直徑筒體焊接的，叫做“背透”。所謂的“背透”，就是單面焊接，雙面成形。
施焊不能過流、焊接工藝要求極為苛刻。
對坡口要求高、返修難度大，嚴格的焊道甚至不允許返修。
小直徑筒體焊接方法有兩種：一是手工焊接、一是自動焊接，下面我們就逐一介紹這兩種方法的焊接工藝。我們將從人、機、料、法、環(huán)等五個方面闡述：
一、焊接工藝方法：
1焊接坡口加工：在實際生產(chǎn)中坡口機加工小直徑筒體與封頭環(huán)焊縫焊接較容易；為保證焊接的質(zhì)量，坡口盡量采用機械加工坡口，這樣可以減少坡口處的氧化層，得于焊接和清理，如果采用碳弧氣刨加工坡口，必須清除滲碳層，而且需要用角磨砂輪機進行打磨。坡口有設計要求的，一定遵照設計要求施工，沒有設計要求的，要參照相關規(guī)范與標準施工。
2.常用的焊接工藝方法：手工鎢極氬弧焊(GTAW)打底，焊條電弧焊(SMAW)填充、蓋面。即氬—電聯(lián)焊。對于非機加工坡口來說由于坡口角度偏差大，表面可能有凹凸不平，致使筒體與封頭、筒體與筒體間裝配后間隙大小不一致，經(jīng)常造成手工鎢極氬弧焊未焊透或是帶墊板的焊縫熔敷金屬流入墊板與筒體內(nèi)壁之間，致使焊縫的射線探傷不合格。 所以在筒體在氬—電聯(lián)焊時，要采用機械加工坡口。
3.焊道布置方法：A：環(huán)縫帶墊板焊接；封焊墊板兩側(cè)；B：環(huán)焊縫背透。
二、施焊有關人員：
1.焊接工程師應根據(jù)NB/T47014（JB/T4708）《承壓設備焊接工藝評定》的要求編制《焊接工藝指導書》，指導施焊人員的操作，建立特種作業(yè)人員管理體系、《焊接操作規(guī)程》等。
2.由于小直徑筒體焊接的要求很高，對施工焊的有關人員要求也特別的高，其一就是鉚工下料、坡口對接、筒體校直、封頭檢查等，都需要一個有要驗、有水平的鉚工；其二就是對施焊人員要求也高，施焊人員在操作前，要做以下工作：
A：圖紙及工藝交底；
B：焊工考試：尤其是考施焊范圍內(nèi)的平口、縱縫、橫縫等；
C：焊接試件的檢查：也是對施焊焊工的檢查，包括力學性能檢驗，UT、RT檢驗等。
三、機具：機具的準備分兩個方面，一個是坡口加工，需要小型車床，一個是焊接機具，即電焊機，電焊機的選用只要能滿足氬弧焊接所需要的電流、電壓及穩(wěn)定性就可以了。UT、RT所用的儀器等
四、材料：焊接材料宜根據(jù)筒體材料確定，如筒體材料為20鋼、Q235B鋼，則在氬—電聯(lián)焊時，選用焊絲為H08Mn2Si,電焊條選用E4315型（J427）；如果筒體材料為Q345R，選用焊絲為H08Mn2SiA，焊條選用E5015（J507）型低氫堿性焊條。
五、關于環(huán)境，由于小直徑筒體設備，占地小。自重輕，所以宜在車間內(nèi)施焊，這樣可以保證焊接質(zhì)量，如果在室外時，需要采取一定的防護措施，包括防風、防雨、焊口防銹等。
下面舉例說明小直徑筒體焊接的過程。
一、焊前準備；選擇直徑為450mm壁厚為8mm的Q345R筒體進行2個不同的焊接工藝實驗對比，（有墊板和無墊板）
1：坡口形式及加工 對于8mm厚的鋼卷制的筒體與封頭焊接時；常用的坡口形式有兩種I形和Y形；I型坡口僅適用不非熔透焊接常壓容器或盛瓶，機械坡口加工[如下圖所示]
2：組裝定位 定位焊縫長度25~30mm 間距不大于150mm
3：焊前清理 坡口清理 打磨 焊絲用無水乙醇或丙酮去油垢
4：采用氬—電聯(lián)焊。
二、焊接材料；根據(jù)接頭與母材等強度原則GTAW用焊絲H08Mn2SiA和純度為99.99%以上的氬氣； SMAW用低氫型堿性焊條E5015[J507]使用前進行350~400度烘陪，保溫時間不少于1h。焊條要存放在保溫筒內(nèi)，要隨用隨?。?/p>
1.墊板；材質(zhì)為Q345R 厚度6mm 寬度30mm
2.焊接設備：用符合要求的電焊機。一般宜用BX型電焊機。
3.焊接參數(shù)及焊接順序：（見下表）
方案一：焊縫背面帶墊板，采用鎢極氬弧焊封焊板兩側(cè) 焊條電弧焊填充 (SMAW)及蓋面的焊接工藝
注：氬弧焊氬氣流量：8～10L|Min 型式如下：
焊后進行100%RT探傷，Ⅱ級以上為合格，一次探傷合格率達100%；未發(fā)現(xiàn)未焊透，表面氣孔等缺陷；探傷結(jié)果滿足相關要求。
方案二：焊縫背面不帶墊板，采用手工鎢極氬弧焊打底，焊條電弧焊填充，最后用細絲埋弧焊的焊接工藝。
焊后進行100%RT探傷，Ⅱ級以上為合格，一次探傷合格率達100%；未發(fā)現(xiàn)未焊透，表面氣孔等缺陷；探傷結(jié)果滿足相關要求。
結(jié)果分析
1：在上述工藝實驗分析中；均采用的是氬—電聯(lián)焊，當進行很好的層間處理后。未出現(xiàn)未焊透的現(xiàn)象。
2：對于帶墊板的焊縫，必須用手工鎢極氬弧焊對墊板兩側(cè)進行封焊然后用焊條電弧焊進行填充，否者熔敷金屬流入墊板與內(nèi)壁之間，造成探傷結(jié)果不合格。因為焊縫帶墊板，墊板在于筒體內(nèi)壁裝配時有的部位間隙較大，焊接時熔敷金屬很容易流入墊板與內(nèi)壁之間。
3：對于不帶墊板的焊縫，采用傳統(tǒng)的焊接工藝，GTAW打底 SMAW填充蓋面，這樣能保證焊接質(zhì)量的，但需要注意的是，在用SMAW填充過程中，一定要進行層間處理！否則，一旦在填充層出現(xiàn)焊接缺陷，則處理起來很麻煩和費力。氬—電聯(lián)焊的關鍵就在于填充層。要做好層間打磨、層間焊道的清理工作。
小直徑筒體焊接---機械自動焊：
機械自動焊接：是機械化大生產(chǎn)的需要，也是生產(chǎn)力發(fā)展的趨勢。近十幾年來，我國在焊接裝備制造業(yè)技術(shù)水平有了長足進步，焊接裝備的成套性、自動化程度、制造精度和質(zhì)量都有了明顯提高，各種焊接設備的應用范圍正逐步擴大，小直徑鋼筒體就是一種適合專機焊接的典型結(jié)構(gòu)件。這種鋼筒體內(nèi)側(cè)焊縫手工施焊非常困難，甚至無法手工焊接，焊縫質(zhì)量很難保證，且效率低、勞動強度大。因此，使用專機焊接是最理想的焊接方法，在此以一種小直徑鋼筒體的專機焊接應用技術(shù)作以下介紹。
1 小直徑筒體自動焊接機
1.1 設備簡介
焊接專機主要用于筒體內(nèi)、外縱縫的自動焊接，主要結(jié)構(gòu)由焊接操作機和電動機調(diào)滾輪架組成；操作機主要由立柱（包括提升機構(gòu)、防墜落保險裝置及配重部件）、橫梁（包括齒條及橫梁驅(qū)動部件）、機頭等部件組成，電動機調(diào)滾輪架由一組手動機調(diào)主動滾輪架、一組手動機調(diào)從動滾輪架和底座組成。
1.2 設備特點
本焊接專機具有以下幾個特點：
焊接質(zhì)量高、焊接速度快、線能量小、工件變形??；
生產(chǎn)率高、人工消耗少、操作簡單；
分埋弧自動焊接和氣體保護焊接，能節(jié)約焊材。
2 焊接工藝
2.1 坡口尺寸
焊接坡口的幾何形狀、尺寸和制備方法會直接影響到Q345R焊接接頭的質(zhì)量，焊縫的根部缺口往往是各種裂紋的起源地。本文所述的小鋼筒，當板厚小于10mm時, 對接縱縫可采用單面V型坡口；當板厚大于10mm時，可采用雙面坡口，制備方式為機械加工坡口。鈍邊高度、組對間隙、焊接參數(shù)之間須保持良好的匹配，匹配不當可導致在焊接時出現(xiàn)穿絲現(xiàn)象，或不能將鈍邊完全熔合, 容易產(chǎn)生鈍邊未熔現(xiàn)象。坡口形狀示意圖如圖3所示，其中：δ表示板厚, α表示坡口角度，b表示根部間隙，p表示鈍邊高度。推薦坡口尺寸：α= 45°~ 60°，b=0~2mm，p=0 ~5mm。
2.2 工藝參數(shù)
Q345R鋼焊接參數(shù)包括能量參數(shù)、溫度參數(shù)和操作參數(shù)三部分。能量參數(shù)是指焊接電流、電?。ê附樱╇妷汉秃附铀俣龋粶囟葏?shù)則包括預熱溫度、層間溫度和后熱溫度；操作參數(shù)主要由焊接位置、焊接順序、焊接方向和焊道層次等參數(shù)組成。在這些參數(shù)中，能量參數(shù)和溫度參數(shù)對接頭的質(zhì)量和性能起決定性的作用。對本文所述的小直徑鋼筒體而言，屬于容器鋼且材料為中厚板，能量參數(shù)對其焊接接頭起主導作用。
下面舉例說明小直徑筒體焊接工件過程：
小直徑鋼筒體工件規(guī)格：直徑=400 mm，壁厚=14mm，長度=1500mm，材料為Q345R。坡口制備：α=50°，b=0mm，p =2mm。焊接方法：富氬氣體保護焊，焊絲型號：H08M2SiA，焊絲直徑：φ1.2mm, 焊槍行走角：90°。焊縫余高控制在1mm以下。
各焊接工藝參數(shù)見附表。
3 焊前準備及焊接
3.1 焊前準備
為了保證小鋼筒的焊接質(zhì)量，降低故障率，正確使用焊接專機，增加設備壽命，必須做好焊前準備工作，主要有以下幾點：
3.1.1 檢查零件坡口尺寸是否符合要求；將坡口內(nèi)、外壁50 mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水分等清理干凈。
3.1.2 檢查保護氣體是否合格，氣體量是否足夠，各電路、氣路是否正常。
3.1.3 焊接電流、電壓等焊接工藝參數(shù)是否符合要求。
3.1.4 檢查焊接專機“急?！遍_關是否復位。
3.1.5 按工藝要求調(diào)整好焊接速度，送上動力電，按下“啟動”按鈕調(diào)整機頭位置，使焊槍移到與焊縫合適的位置。手動運行一次校核焊接速度是否可靠。
3.1.6 檢查各部分的數(shù)據(jù)是否輸入正確，將手控盒上的“手動/聯(lián)動”開關扳到 “聯(lián)動”位置，保證各部分處于同步運行狀態(tài)。
3.2 焊接
完成以上焊前準備各步驟后，按下“焊啟/焊?！卑粹o，即可進行焊接。使用焊接專機后，焊縫一次性成形，焊縫成形美觀，質(zhì)量可靠。
3.3焊接過程控制：在焊接過程中，需要專業(yè)焊工嚴格控制焊接質(zhì)量，如電焊的電流、電壓、速度、保護氣體量或焊劑量。
3.4在焊接過程中，如果是埋弧焊，要過一段時間清理藥皮，查看缺陷及接頭質(zhì)量，注意層間清理。
3.5在起弧、收弧過程中，要用引弧板。
關鍵詞：疲勞； 構(gòu)造細節(jié)；有效缺口應力法；正交異性橋面板
中圖分類號：U441.4 文獻標識碼：A
正交異性鋼橋面板因具有良好的結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟性能，被廣泛應用于各種跨徑的橋梁中.然而實際橋梁中正交異性橋面板受力復雜，加之超載現(xiàn)象嚴重，各種構(gòu)造細節(jié)容易出現(xiàn)疲勞開裂.對于其焊接細節(jié)疲勞性能的評價，過去通常采用基于SN曲線的名義應力法[1]，但正交異性橋面板的焊接細節(jié)應力復雜，名義應力有時難以確定，疲勞壽命結(jié)果的離散性可能很大.改進的熱點應力法可用于焊趾處的疲勞開裂分析 [2]，但不能應用于萌生于焊根、內(nèi)部焊接缺陷等其他部位的疲勞開裂分析.另外，熱點應力需要外推得到，如何有效地避免非線性應力也存在疑問.針對上述方法存在的缺陷，Radaj提出了有效缺口應力法[3]，該法通過某一特定的半徑來劃分焊趾或焊根區(qū)域，進而直接計算缺口根部的線彈性應力，從而回避了缺口處的應力集中問題.目前，該法在焊接結(jié)構(gòu)的疲勞評定上得到了一些應用.
本文從有效缺口應力法的原理出發(fā)，分析正交異性橋面板之橫隔板弧形切口處，與U肋連接的2種不同橫隔板過渡形式中焊趾和焊根處有效缺口應力，并將計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行比較，目的在于評價正交異性橋面板的疲勞壽命.另外，本文運用有限元法分析了不同的U肋厚度對橫隔板與U肋連接焊縫端部疲勞應力的影響.
1有效缺口應力法原理
1.1有效缺口應力法起源
在線彈性條件下，應力集中系數(shù)k與（1/ρ）0.5 （ρ為缺口半徑）成正比，當缺口較為尖銳時，缺口尖端的應力會十分大，甚至會出現(xiàn)應力奇點.這顯然與實際情況不符，說明缺口處存在著某種支撐效應.Neuber在文獻[4]中提出：當缺口尖端區(qū)域的應力和應力梯度較大時，材料內(nèi)部存在的晶粒取向不同等微觀各向異性不再可以忽略，而根據(jù)忽略材料微觀各向異性的彈性理論求得的彈性應力高于此區(qū)域的真實應力，這相當于材料的微觀結(jié)構(gòu)支撐約束了彈性應力，這個很小區(qū)域的平均直徑為微觀支撐長度ρ*.該理論則為微觀支撐理論.根據(jù)微觀支撐理論，理論最大缺口應力并非產(chǎn)生疲勞裂紋的決定性因素，在裂紋萌生一定區(qū)域內(nèi)的平均缺口應力才是產(chǎn)生疲勞裂紋的關鍵所在.平均缺口應力σm可以通過對理論缺口應力σth沿微觀支撐長度ρ*積分求得，如圖1所示.
σm=1ρ*∫x0+ρ*x0σthdx. （1）
1.2有效缺口半徑推導
公式（1）需對理論缺口應力σth積分，計算較為復雜.為簡化求解過程，Neuber提出了新的思路：計算疲勞應力時不需要考慮彈性缺口應力平均值σm，而是直接獲得一個包括微觀支撐效應在內(nèi)，反映實際強度減小的最大缺口應力σmax，如圖2所示.微觀支撐效應可以用虛擬缺口半徑ρf代替真實的缺口半徑ρ來反映，見公式（2）：
ρf=ρ+sρ*. （2）
式中：s為支撐系數(shù).
支撐系數(shù)s主要是考慮載荷條件和等效應力對缺口應力的影響，其大小與缺口處的應力狀態(tài)和適用的強度準則有關，具體見表1.
ρ*是材料參數(shù)，材料發(fā)生脆性斷裂時， ρ*是關于材料的斷裂韌性KIC和斷裂應力σF的函數(shù)[5].
ρ*≈（2/π）（KIC/σF）2. （3）
公式（3）計算值偏大，對于高周疲勞，建議采用下式[4]：
ρ*≈（2/π）（Kth/σE）2. （4）
式中：Kth是應力強度因子閾值；σE是疲勞極限.
基于大量的疲勞實驗，Neuber認為 ρ*是材料屈服極限σY0.2（無明顯屈服的鋼材，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應力值為其屈服極限）的函數(shù)[4]，不同材料的微觀支撐長度如圖3所示.
屈服強度/MPa
對橋梁常用鋼材，Radaj建議s取2.5（假定焊縫處于平面應變狀態(tài)，強度理論為馮米塞斯多軸強度理論），ρ*取0.4 mm.當缺口根部處于最不利情況時（缺口的真實半徑ρ=0），根據(jù)公式（2）可計算出ρf=1 mm，此時：
Kfmax=Kt（ρf=1 mm）. （5）
式中：Kfmax為最大疲勞缺口系數(shù)；Kt為應力集中系數(shù).
因此，有效缺口應力可以通過虛擬半徑ρf=1 mm來劃分焊趾和焊根區(qū)域，進而求得缺口根部的線彈性應力，如圖4所示.
當板厚t
1.3有效缺口應力法的計算
虛擬缺口半徑ρf是一個理想化的假定，因此有效缺口應力法通常利用有限單元法或者邊界單元法去模擬真實的焊縫應力狀態(tài).
有限元計算時，網(wǎng)格質(zhì)量直接關系到計算結(jié)果的精確性.為此，國際焊接協(xié)會（IIW）對缺口處網(wǎng)格大小做了詳細的規(guī)定[7]，見表2.
不難發(fā)現(xiàn)，上述方法在有限元建模時不僅顧及了結(jié)構(gòu)整體的幾何效應，而且考慮了焊縫細節(jié)的幾何效應，因此可用一條通用的SN曲線評價各種不同類別焊縫的疲勞強度.規(guī)范規(guī)定[7]：基于正應力評價焊接細節(jié)時，當循環(huán)次數(shù)N107次后，SN曲線的斜率m為22.同時，當虛擬缺口半徑ρf為1 mm時，焊接細節(jié)的FAT值（N=2×106次循環(huán)時材料的疲勞強度）為225 MPa.
然而，上述規(guī)范并沒有解釋FAT值適用的應力假定以及ρf為0.05 mm時鋼材的FAT值.為此，Sonsino在文獻[8]給出了不同半徑和強度假定下的FAT值，見表3.表中，主應力假定主要應用于脆性材料，而馮米塞斯力假定主要應用于延性材料以及多軸應力狀態(tài).
2正交異性橋面板的應用
2.1試驗概述
如前所述，實際橋梁中正交異性橋面板受力復雜，加之超載現(xiàn)象嚴重，各種焊接細節(jié)容易出現(xiàn)疲勞開裂.雖然設計及制造時采用了各種措施，但橫隔板與U肋連接處的焊縫仍會出現(xiàn)疲勞裂紋.該處裂紋產(chǎn)生的原因主要有車輪荷載位于橫隔板之間時產(chǎn)生的面外彎曲應力和車輪荷載位于橫隔上時產(chǎn)生的隔板平面內(nèi)彎剪復合應力2種.關于隔板面外彎曲應力，AASHTO規(guī)范已做了詳細劃分，而隔板平面內(nèi)的彎剪復合應力目前卻未有規(guī)范明確規(guī)定.
文獻[9]的疲勞試驗主要是評估車輪荷載位于橫隔板時，正交異性橋面板之橫隔板弧形切口與U肋連接焊縫端部構(gòu)造細節(jié)的疲勞壽命.試件在橫隔板弧形切口處選取了2種不同的圓弧過渡形式，目的在于通過實驗結(jié)果對比獲得有利于工程實踐的構(gòu)造形式.2種不同的疲勞試樣分別為：圓弧相切過渡（S1）與圓弧垂直過渡（S2），如圖5和圖6所示.
為模擬車輪荷載通過橫隔板時隔板平面內(nèi)的彎剪復合應力，試驗時將試件倒置在疲勞機上，面板通過螺栓與固定在地面的鋼板連接，如圖7所示.試驗過程中試件1（S1）采用5種不同的荷載幅，分別為120 kN，150 kN，180 kN，200 kN，270 kN；試件2（S2）采用荷載幅180 kN，以和試件1（S1）的疲勞實驗結(jié)果對比.疲勞機采用等幅加載，應力比R=0，加載頻率f為2 Hz.
構(gòu)件失效以疲勞裂紋長度達到20～30 mm為準則，試驗結(jié)果見表4.
所有試件的疲勞破壞均發(fā)生在橫隔板弧形切口與U肋連接的端焊焊趾處，焊根處無疲勞破壞，如圖8所示.
2.2有限元計算
有限元計算有效缺口應力時，可以選擇2D板單元和3D實體單元建模.通常情況下，正交異性橋面板的構(gòu)造和受力較為復雜，3D實體單元能更好地反映實際的受力狀態(tài).因此，建模時建議選用3D實體單元.
本文有限元分析時采用與試驗一致的荷載幅值加載到疲勞試件上，橋面板處采用固結(jié)處理.由于缺口處需要很高的網(wǎng)格分辨率，為減少計算量，根據(jù)結(jié)構(gòu)和載荷條件的對稱性，選取1/4模型，如圖9和圖10所示.
正交異性橋面板建模時采用了子模型技術(shù)對關鍵細節(jié)進行局部細化，如圖11和圖12所示.子模型技術(shù)是基于圣維南原理，即當作用于彈性體表面某一區(qū)域的載荷被另一等效載荷替代時，只會對載荷替換區(qū)域附近的應力分布有影響，對此外大部分區(qū)域的應力影響可忽略不計.為保證計算結(jié)果的準確性，建模時應使切割邊界遠離應力集中區(qū)域，一般通過比較子模型切割邊界上的應力與粗糙模型相應位置的結(jié)果是否一致來驗證.
網(wǎng)格質(zhì)量與有限元計算結(jié)果息息相關，因此，本文給出了2套不同的網(wǎng)格尺寸，以做網(wǎng)格無關性驗算，如圖13和圖14所示.其中，方案1沿焊趾缺口區(qū)域的單元尺寸為0.1 mm，沿焊根缺口區(qū)域的單元尺寸為0.2 mm；方案2沿焊趾缺口區(qū)域的單元尺寸為0.06 mm，沿焊根缺口區(qū)域的單元尺寸為0.13 mm.上述建模均采用了高次單元，不難發(fā)現(xiàn)，所有的網(wǎng)格大小均滿足規(guī)范的規(guī)定值.
考慮到焊縫處于多軸應力狀態(tài)，本文應力分析時一律選用馮米塞斯應力.當荷載幅值為120 kN時，有限元計算結(jié)果如圖15和圖16所示.
通過上述計算可得出試件S1和試件S2的有效缺口應力，具體見表5和表6.
從表5和表6可知，在滿足規(guī)范規(guī)定的網(wǎng)格大小條件下，改變網(wǎng)格密度對計算結(jié)果影響已很小，幾乎可忽略不計，因此上述有限元建模滿足網(wǎng)格無關性標準，網(wǎng)格精度符合要求.方案2焊趾和焊根缺口區(qū)域的單元尺寸均小于方案1，因此計算的結(jié)果較為精確些，應力分析應采用方案2得到的有效缺口應力，具體見表7.
從表7可知，試件S1焊趾和焊根處的有效缺口應力均大于試件S2，結(jié)果表明試件S1的最大有效缺口應力比試件S2高11%，這與在相同的荷載幅值作用下，試驗時試件S2的循環(huán)次數(shù)要多一些的現(xiàn)象一致.因此相比于試件S1，試件S2的疲勞強度要高一些.對比發(fā)現(xiàn)：試件S1和試件S2的焊趾處有效缺口應力均顯著大于焊根處的有效缺口應力.其中，試件S1焊趾處最大有效缺口應力比焊根處高67%，試件S2焊趾處最大有效缺口應力比焊根處高129%，這表明疲勞裂紋更易在焊趾處產(chǎn)生，該結(jié)果與加載時所有焊接件均在焊趾處疲勞開裂的現(xiàn)象相同.另外，試件S1靠近隔板側(cè)焊根處的有效缺口應力比靠近U肋側(cè)高112%，試件S2靠近隔板側(cè)焊根處的有效缺口應力比靠近U肋側(cè)高47%，因此相比于靠近U肋側(cè)焊根，技術(shù)人員要更注重靠近隔板側(cè)焊根處的焊接質(zhì)量，以避免疲勞裂紋的產(chǎn)生.
有限元建模時選用了與試驗一致的荷載幅值，計算出不同荷載幅值作用下試件S1和試件S2的最大有效缺口應力，具體見表8.
根據(jù)上述有效數(shù)據(jù)，采用有效缺口應力法去評估構(gòu)造細節(jié)的疲勞壽命，其對應的SN曲線應滿足以下基本關系：
1）基于SN曲線評價構(gòu)件的疲勞強度時，構(gòu)件疲勞強度的保證率應不低于PS=97.7%；
2）在疲勞評價中應充分考慮殘余應力的影響，通常采用較高的應力比.
殘余應力對有效缺口應力法的影響一直是關注的熱點[10].1989年和1994年，Olivier在疲勞試驗時就采用了應力比R=0.4去評價T型和Y型焊接件的疲勞壽命；2008年，Hobbacher進一步地選用應力比R≥0.4分析了不同載荷條件下焊接件在焊趾和焊根處的疲勞破壞；2010年，F(xiàn)ricke和Paetzold利用較高的應力比驗算了大尺寸模型的疲勞壽命.上述試驗結(jié)果均表明：在充分考慮殘余應力的影響時，IIW規(guī)定的標準SN曲線均能保證焊接件的疲勞強度保證率大于99.7%.
近期，Pedersen通過對比一系列試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)[11]：當板厚較小時， IIW規(guī)范規(guī)定的SN曲線并不能滿足對接焊的試驗結(jié)果.針對上述狀況，Pederson在文章中建議采用較小的FAT值（建議200 MPa），或者將規(guī)范規(guī)定的最小疲勞缺口系數(shù)Kw從1.6提高至2.0.本文焊接工藝采用的是角焊縫，因此不存在Pederson提出的這種狀況.
試驗時，二次殼彎曲應力會導致焊接件疲勞應力的增長，因此規(guī)范規(guī)定有限元計算結(jié)果應乘以應力放大系數(shù)km，對于角焊縫，規(guī)范建議km 取1.20[7]，計算結(jié)果見表9.
從圖17知，試驗結(jié)果有一定的離散，原因主要來自于兩個方面：一是焊接技術(shù)、焊接質(zhì)量、局部缺陷的大小和類型；二是焊接過程殘余應力的影響.這就要求我們在以后加工制造時要更加注重正交異性橋面板細節(jié)處的焊接質(zhì)量，避免產(chǎn)生大的質(zhì)量誤差.
試驗結(jié)果表明：基于有效缺口應力法疲勞評價的正交異性橋面板的試驗保證率PS=100%，符合要求.圖17顯示，結(jié)果有一定的保守性，這可能與有效缺口應力法中假定缺口的真實半徑ρ=0有關，因為實際正交異性橋面板構(gòu)造細節(jié)處的真實半徑一般不為0.
綜上所述，雖然結(jié)果有一定的離散，但是試驗結(jié)果滿足規(guī)范建議的SN曲線，這也證明了有效缺口應力法可以很好地應用在正交異性橋面板的疲勞評價中.
2.3U肋厚度的影響
實際橋梁中，正交異性橋面板的疲勞裂紋主要出現(xiàn)在橋面板與U肋連接處，大多數(shù)研究也主要關注構(gòu)造細節(jié)對該處的影響，其中包括U肋厚度與該處疲勞的關系.例如，Sim[12]計算發(fā)現(xiàn)U肋厚度對橋面板與U肋連接處焊縫的應力幾乎沒有影響，該處的應力主要受橋面板厚度以及焊縫熔透率影響.而關于U肋厚度對橫隔板弧形切口與U肋連接的焊縫處細節(jié)的疲勞影響卻很少有論文涉及.
針對上述問題，本文建模時選取7～11 mm5種不同的U肋厚度去計算橫隔板弧形切口與U肋連接焊縫端部的有效缺口應力.模型選取與圓弧垂直（S2）的橫隔板過渡形式，橫隔板厚度保持不變，荷載條件同上述實驗.選取10 mm的云圖，如圖18所示，有限元計算結(jié)果如圖19所示.
從圖19可知，隨著U肋厚度的增加，焊趾和焊根處的最大有效缺口應力都出現(xiàn)較大程度的增長.結(jié)果表明：U肋厚度的增加非但沒有提高結(jié)構(gòu)的疲勞強度，反而更易于橫隔板弧形切口與U肋連接處疲勞裂紋的產(chǎn)生.
3結(jié)論
1）相比于名義應力法和熱點應力法，有效缺口應力法具有更大的優(yōu)勢.通過上述試驗分析，驗證了有效缺口應力法可以很好地應用于正交異性鋼橋面板的疲勞評價中.
2）在充分考慮殘余應力的影響時，有效缺口應力法均可應用到疲勞評價中.而上述試驗結(jié)果具有一定的保守性，這可能與假定缺口的真實半徑為0有關，建議開展更大尺寸模型和更多疲勞試驗驗證方法的精確性.
3）當車輛荷載作用于橫隔板時，U肋與橫隔板端焊縫處的焊趾有效缺口應力大于焊根處的有效缺口應力，疲勞裂紋更容易在焊趾處產(chǎn)生.在焊根處，靠近隔板側(cè)的有效缺口應力顯著大于靠近U肋處，因此要更注重靠近U肋處焊根的細節(jié)質(zhì)量.
4）U肋厚度對橋面板與U肋連接處焊縫疲勞幾乎沒有影響，但當荷載作用于橫隔板時，U肋厚度的增加卻導致U肋與橫隔板端焊縫處焊趾和焊根的有效缺口應力顯著地增長.因此，增加U肋厚度非但不能提高結(jié)構(gòu)的疲勞強度，反而更易于U肋與橫隔板端焊縫處疲勞裂紋的產(chǎn)生.
參考文獻
[1]HOBBACHER A F.Fatigue design of welded joints and components[M] .Cambridge：Abington Publishing，1996：21-25.
[2]VAN A M，PACKER J A，WARDENIER J.Criteria for the fatigue assessment of hollow structural section connections [J].Journal of Constructional Steel Research，1995，35（1）：71-115.
[3]RADAJ D，SONSINO C M，F(xiàn)RICKE W.Fatigue assessment of welded joints by local approaches[M].Cambridge：Woodhead Publishing，2006：96-101.
[4]NEUBER H.ber die berücksichtigung der spannungskonzentr ation bei festigkeitsberechnungen [J].Konstruktion，1968，20：245-251.（In German）
[5]WEISS V.Eine bruchmechanik für kerben[J].Schweiz Arch Angew Wiss Technol，1971，37：1-7. （In German）
[6]ZHANG G，RICHTER B.New approach to the numerical fatiguelife prediction of spotwelded structures[J].Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures，2000，23（6）：499-508.
[7]FRICKE W. IIW200609 IIW Recommendations for the fatigue assessment of welded structures by notch stress analysis[S].Cambridge， UK： Woodhead Publishing Limited，2012：34-35.
[8]SONSINO C M.A consideration of allowable equivalent stresses for fatigue design of welded joints according to the notch stress concept with the reference radii rref= 1.00 and 0.05 mm[J].Welding in the World，2009，53（3/4）：64-75.
[9]王斌華，呂彭民，邵雨虹.正交異性鋼橋面隔板與U肋連接熱點應力分析[J].長安大學學報：自然科學版，2013，33（5）：57-63.
WANG Binhua， LV Pengmin， SHAO Yuhong.Analysis of structure of diaphragmtorib welded connection in orthotropic steel deck by means of hot spot stress approach[J].Journal of Changan University：Natural Science Edition，2013，33（5）：57-63.（In Chinese）
[10]FRICKE W， PAETZOLD H. Fullscale fatigue tests of ship structures to validate the SN approaches for fatigue strength assessment[J].Marine Structures，2010，23（1）：115-130.
論文關鍵詞：科學原理；技術(shù)科學；技術(shù)教育
根據(jù)聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)《技術(shù)和職業(yè)教育術(shù)語》(1984年)第8條的解釋，所謂“技術(shù)教育(technical education)，這種教育在第二級教育高端和第三級教育低端時培養(yǎng)中級人才(技術(shù)員、中級管理人員等)；在大學水平時培養(yǎng)高級管理崗位的工程師和技術(shù)師。技術(shù)教育包括普通文化教育，理論的、科學的和技術(shù)的學科學習，以及相關技能訓練?！北M管以學校教育為中心的技術(shù)教育的思想和實踐可以一直追溯到古代的中國、希臘和羅馬，而以技術(shù)教育為目的的學校教育的發(fā)展卻是產(chǎn)生于18世紀后半葉，19世紀后半葉走上正軌，并隨技術(shù)的發(fā)展而逐步高級化。
一、工業(yè)革命催生了學校形式的技術(shù)教育
如果要追溯技術(shù)教育產(chǎn)生的淵源，其雛形是產(chǎn)生于歐洲中世紀的學徒制。學徒制最初的形式是父親把自己的技藝傳授給兒子，是一種與初期手工業(yè)相適應的教育形式。后來隨著手工業(yè)的發(fā)展，為了生存與競爭，手工業(yè)者不能單靠自己的孩子的力量進行工作，必須把一部分技藝傳給別人的孩子，才能保持足夠的手工業(yè)生產(chǎn)者。然而，“自斯蒂文(Stevin，1548-1620)和伽利略(Galfleo，1564-1642)時代以來。力學科學使人對機器產(chǎn)生了新的理解，尤其是在18世紀，數(shù)學開始經(jīng)常被運用到機器構(gòu)造的理論和實踐中去。在18世紀，可以看到有關材料強度的實驗開始出現(xiàn)，這對于應用力學的發(fā)展和性能良好的發(fā)動機的設計是有幫助的。精密測量是科學的重要基礎，對于一切復雜機械裝置的設計和維護，它都起著越來越重要的作用。此外，實用工程技術(shù)本身也獲得了發(fā)展的動力。這種變革實質(zhì)上是機械技術(shù)的新開端。機械技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展催生了一般稱為機器時代的新時代，引起了工業(yè)領域的大變革。特別是蒸汽機的發(fā)明，成為工業(yè)革命的核心標志。工業(yè)革命的四項基本成就是：用機器取代了工具、引入新的原動力、普遍適用的原動力、工廠成為生產(chǎn)組織的一種新形式。技術(shù)的變革和工廠的規(guī)?；a(chǎn)，促使學徒制走向衰退，學校形式的技術(shù)教育開始出現(xiàn)。從學徒制走向?qū)W校形式的技術(shù)教育，一方面是由于生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展使然，此時的勞動者已從掌握手工工具進行生產(chǎn)發(fā)展為掌握機器進行生產(chǎn)，如果不提高勞動者的文化知識水平，必然導致生產(chǎn)力的破壞；另一方面也是因為，由于生產(chǎn)力水平的提升，工農(nóng)業(yè)開始出現(xiàn)規(guī)?；蛯I(yè)化生產(chǎn)，對勞動者需求的規(guī)模和要求也在提升，需要批量“生產(chǎn)”勞動者。正如馬克思在《資本論》第一卷中所指出：“大工業(yè)在再生產(chǎn)出舊的分工和固定化的專業(yè)的同時，它需要有適應于不斷變化的勞動需求而可以隨意支配的人員，工藝學校和農(nóng)業(yè)學校是這種變革過程在大工業(yè)基礎上自然發(fā)展起來的一個要素?！碑斎?，在當時，盡管學校形式的技術(shù)教育開始產(chǎn)生，但學徒制依然起著較大的輔助作用，許多特種藝人還要采用學徒制進行培養(yǎng)。由此我們也清醒地認識到，工業(yè)革命初期并未完全促進技術(shù)教育的發(fā)展，相反，由于使用了機器，資本家得以大量雇傭女工、童工來代替原來有手藝的成年工人，而且每天工作時間很長。在當時，只有少數(shù)的“慈善家”才給工廠做工的孩子以上學的機會，主要是半工半讀的學校，進行小學文化教育，也逐漸增加一些技藝教育，這些學校成為早期技術(shù)學校的前身。這個時期，除歐洲幾個國家外，其他地區(qū)技術(shù)學校極少，如日本到1875年只有一所技術(shù)學校，總共僅15名學生。18世紀后期，為了適應社會的需要，英國建立了一些開設實用課程的實業(yè)學校。
二、科學原理在技術(shù)領域的廣泛應用促進了技術(shù)教育的發(fā)展
19世紀70年代以來，人類開始進入電力時代，這又一次的技術(shù)革命，促使技術(shù)教育得以迅速發(fā)展。電力的應用并非直接來源于生產(chǎn)，而是來源于科學實驗。英國科學家法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，成為發(fā)電機的理論基礎。經(jīng)過了幾十年，到19世紀70年代科學家才制成了有實用價值的發(fā)電機和電動機；19世紀80年代，解決了遠距離輸電問題，出現(xiàn)了電力照明；十九世紀末，又出現(xiàn)了無線電技術(shù)。這些新技術(shù)的出現(xiàn)不但對工廠的勞動力提出了新的要求，更促進了技術(shù)教育的發(fā)展。以工業(yè)革命的起源地英國為例，在19世紀20年代，英國孕育了其歷史上偉大的教育運動——建立技工學校(mechanics’institutes)。但當時的這類學校的辦學者對其特殊的作用并未有很清醒的認識，使得這類學校一度陷入困境?！斑@類學校在經(jīng)濟波動中起伏不定，忽好忽壞，當就業(yè)情況好時，它們興旺發(fā)達。在經(jīng)濟蕭條的年代，政治學明顯比自然科學更重要時，它們就失去了活力，因為技工學校的方針不是去探討一些容易引起爭論的有關政治或經(jīng)濟的問題?！辈扇〖脊W校的方針并不奇怪，因為當時大多數(shù)的技工學校都是由富裕的制造商或商人積極主動創(chuàng)辦的，他們對政治激昂的情緒并未給這類學校帶來好運，這種熱情未能持續(xù)多久，到1830年，技工學校就陷入了困境。技工學校在當時陷入困境和衰敗一方面是辦學者沒有明確認識到“學校的目標是教會工人(干什么學什么)掌握那些他們在工作中會用到的科學原理；讓他們了解這些科學原理實際的應用，以及怎樣學以致用；使他們能全面地了解自己的工作，并有能力對工作進行改造；教會他們?nèi)绾卧谏鐣刑嵘约?，使業(yè)余生活過得既體面又愉快?！奔脊W校授課內(nèi)容很少與工人每天的工作相關；另一方面也是由于在當時條件下缺少作為技術(shù)教育基礎的初級教育。盡管當時的技工學校沒有對英國的工業(yè)革命產(chǎn)生立竿見影的影響，也不能滿足英國大眾對技術(shù)教育的需要，但其作用的顯現(xiàn)已使一些有遠見的人認識到英國的工業(yè)不能再依靠早期對貿(mào)易和商業(yè)的壟斷，也不能只靠那些沒有受過技術(shù)教育的發(fā)明者和手工藝技師了?！捌渑囵B(yǎng)的一些學生已走向成才之路，如揚(James Young，1811-1883)先在格拉斯哥的安德森學校學習，后來成為石油工業(yè)之父。在英國的蘭開夏郡、柴郡和約克郡創(chuàng)辦的工會(技工學校的一種形式)，走出了技術(shù)教育體制化的第一步。他們和藝術(shù)學會合作第一次在全國舉行了夜校生的技術(shù)資格考試，并在19世紀下半葉融入了全國的技術(shù)教育系統(tǒng)?！?889年，英國《技術(shù)教育法》的頒布，以及基于此法令的所有地方當局的技術(shù)教育，格拉斯哥皇家技術(shù)學院、哈德斯菲爾德技術(shù)學院、曼徹斯特技術(shù)學院等高等技術(shù)學院的建立都受到技術(shù)學校運動的影響.
與英國相反，當時的一些歐洲大陸國家則以義務教育為基礎來發(fā)展技術(shù)教育，如在普魯士，1826年提出一項規(guī)章，要求所有7-14歲的兒童要上全日制的學校。在其他一些歐洲國家，兒童在完成初等教育學業(yè)前不允許參加工作，大約到14歲才能進廠勞動，但他們必須在職業(yè)學校繼續(xù)接受教育，一直到16歲。這種全日制的職業(yè)學校對工人帶來很大的好處：不但講授與許多職業(yè)相關的科學原理，而且還迫使年輕人繼續(xù)閱讀和思考，所有的學校都教科學和幾何制圖，有些學校是高度專業(yè)化的，專門教授紡織、采礦、建筑、釀造以及類似行業(yè)的技術(shù)。
技術(shù)教育產(chǎn)生時期的技術(shù)學校在許多專家學者的眼中被看成了學校形式的職業(yè)教育產(chǎn)生時期，其原因在于當時的技術(shù)學校主要是培養(yǎng)職業(yè)領域的技能型(操作型)人才，而且當時的職業(yè)都與生產(chǎn)技術(shù)有關，可以說當時的技術(shù)教育與職業(yè)教育沒有什么太大的區(qū)別。
1851年以前，英國的中學和技工學校對技術(shù)沒產(chǎn)生什么影響，大學對技術(shù)的影響就更微乎其微了，絕大多數(shù)早期的大學實際上根本不聘請科學家講課，維多利亞前期的牛津大學和劍橋大學就學的少數(shù)工業(yè)管理人員并不要求學習與技術(shù)有關的自然科學方面的知識。但1851年的世界博覽會對英國來說是一個轉(zhuǎn)折，盡管這次博覽會對許多英國人來說是一個舉國自我陶醉的獨特盛會。一百種產(chǎn)品經(jīng)國際評審團評議后，英國贏得了其中絕大部分的金獎。然而，一些富有遠見的觀察家對來自海外競爭的跡象引起了警覺：很明顯，英國在貿(mào)易和商業(yè)方面的霸主地位已受到威脅，顯然，一些國家正超越英國，因為他們的手工業(yè)工人受到比較良好的教育，政府對科學和技術(shù)方面的研究工作給予慷慨資助。如為了新技術(shù)發(fā)展的需要，“許多歐洲大陸國家都設立了高等技術(shù)學校，而且，大家都認識到這是培養(yǎng)未來有志于成為工業(yè)企業(yè)技術(shù)帶頭人的途徑。不過，德國的幾所大學已經(jīng)培訓，而且還在培訓許多化工技術(shù)方面的人才。眾所周知，歐洲大陸大量創(chuàng)建制造業(yè)公司、機械工廠及其他類型的工廠，如果沒有在學校中建立高等技術(shù)教育的體系，沒有為最初的科學調(diào)查配置必要的設備，沒有對教學和最初的研究工作進行正確的評估，那么，在諸多不利條件的影響下，高等技術(shù)教育是不可能得到充分發(fā)展的?！睔W洲大陸國家廣泛實施高等技術(shù)教育的體制并非是出于人道主義，它旨在促進歐洲大陸國家間的相互競爭，趕上并超過英國的工業(yè)水平。為了爭取化學工業(yè)的領導地位，德國轉(zhuǎn)向大學求助。 從1830年開始，德國的歷史學家蘭克(Ranke)、科學家亥姆霍茲(Helamholtz)等把研究精神帶進了大學，結(jié)果大學的研究實驗室，而非大學的課堂，成為培養(yǎng)化工專家的苗圃，而且他們和德國的化學工業(yè)保持著緊密的聯(lián)系。在荷蘭，早在1864年，代爾夫特已有一所有國家資助的技術(shù)?？茖W校，它的宗旨是為荷屬領地培訓工廠經(jīng)理、工程師、建筑師采礦專家。即使在美國，創(chuàng)建技術(shù)教育事業(yè)也比英國堅定。在殖民地時期，美國還沒有獨立的技術(shù)教育，只有一些服從主人命令而不以學術(shù)技術(shù)為主的藝徒制度。獨立戰(zhàn)爭之后，特別是隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)和機械技術(shù)的發(fā)展，社會對技術(shù)教育的需求越來越迫切。1862年，美國聯(lián)邦政府頒布《莫雷爾法案》(MofillAct)，規(guī)定聯(lián)邦政府贈予每個州一定的土地，土地出售的收入用于支持大學，“贈地學院”由此得名，它們建立的初衷是推廣農(nóng)業(yè)技術(shù)和機械技術(shù)。由國家資助的學院的捐款有力地促進了高等技術(shù)教育在美國的發(fā)展。1865年創(chuàng)建的麻省理工學院因其辦學宗旨而聞名：“我們打算為那些想在企業(yè)里擔任管理職務的人提供機會……在我校，學生將系統(tǒng)地學習政治和社會的關系，并掌握科學的方法和生產(chǎn)工藝。”面對這種情況，英國的有識之士提出：“以前，原材料是我們優(yōu)越于其他國家的主要資本，現(xiàn)在原材料價格正在逐漸扯平，由于運輸?shù)玫礁纳疲牧喜辉倨尕浛删?。將來我們必須扶持工業(yè)，不是靠土地的資源優(yōu)勢去競爭，而是靠智力的競爭；而理論科學的研究者……是工業(yè)戰(zhàn)車的‘駿馬’……在為工業(yè)教育創(chuàng)建學校的同時，也為英國的科學進步作點貢獻。”在這些有識之士的影響下，1853年，英國女王在演說中對政府支持與工業(yè)有關聯(lián)的技術(shù)教育做出承諾，一年以后內(nèi)閣增設了科學和藝術(shù)部，目的是促進科學和技術(shù)教育的發(fā)展。它的第一個有關教育的任務是管理已經(jīng)開辦了兩年的國立煤礦學校，該校與一所私人集資、在1845年開辦的皇家化學學院合并，從而開了國家資助高等技術(shù)教育的先河。整個這段時期，來自對歐洲大陸競爭的擔憂成了英國進行教育改革的原因之一。
然而真正推動英國技術(shù)教育的發(fā)展的主要動力還在于1867年在巴黎舉辦的世界博覽會。英國曾在1851年的世界博覽會中幾乎包攬了所有項目的大獎，而到1867年，卻不得不對勉強得到的12個獎項感到滿意。面對這種現(xiàn)狀，“一種非常一致的觀點占了優(yōu)勢，認為我們的國家已表現(xiàn)得缺乏獨創(chuàng)性，而且在常規(guī)工業(yè)技術(shù)方面也止步不前……人們達成共識的原因是法國、普魯士、奧地利、比利時和瑞士已擁有了一套對雇主、工廠和車間經(jīng)理的完善的工業(yè)教育體系，而英國卻沒有?！贬槍@種情況，當時的英國議會決心對技術(shù)教育的迫切需求開展調(diào)查，并通知駐外使館的大使和領事報告所在國的技術(shù)教育發(fā)展情況，同時委派一個特別調(diào)查委員會調(diào)查關于在各工業(yè)部門進行理論和應用科學教育的各種規(guī)定。該委員會的報告成了英國技術(shù)史上的轉(zhuǎn)折點，因為從此英國將技術(shù)教育課程設進學校，也導致20世紀英國工業(yè)的高度發(fā)展。該委員會在報告中闡明了兩個論點。第一，歐洲大陸各國較低的工資和工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展使制造商在爭奪市場方面能夠成功與英國競爭。第二，在某些企業(yè)里，這種競爭的成功取決于經(jīng)營者對應用科學的掌握，而相比之下英國不具備這種條件。例如。披露了由于價格便宜，格拉斯哥一座建筑物上采用了比利時制的鐵架，比利時依靠對礦石、石灰石助溶劑和燃料進行化學分析的方法降低了鐵架的生產(chǎn)成本；英國的紡織品被送到法國染色是因為法國的技術(shù)比英國先進。這種先進歸因于法國學校的應用科學教學。英國吸取了1867年巴黎世界博覽會上的失敗教訓后，通常意義上的學者，還有企業(yè)家們，都積極倡導科學和技術(shù)教育，尤其是支持理論科學和應用科學方面的高等教育，大力發(fā)展高等技術(shù)教育，建立一種切實可行的方法，把工廠的經(jīng)驗和大學教學結(jié)合起來，把車間的經(jīng)驗和實驗室的工作結(jié)合起來。1889年，由英國皇家委員會起草的《技術(shù)教育法》(Technical Instruction Act)頒布，準許地方當局建立技術(shù)學校。一年后通過了地方性《稅收法》(Taxation Act)使地方當局可以利用一大筆從關稅和消費稅中收到的金額(所謂的“威士忌酒錢”)來發(fā)展技術(shù)教育。該法通過后不久，萊斯特職業(yè)學院和布萊頓技術(shù)學院就建立起來了，全國的技術(shù)學院都振興起來了。
三、技術(shù)的科學化和科學的技術(shù)化推動了技術(shù)教育的高移
