发布时间：2023-12-31 10:49:56
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的焊接技术起源样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：超高层建筑；钢结构；施工技术策略
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
中图分类号：TU7 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
一般的，为了保证超高层建筑的稳定性与安全性，都采用钢结构体系。钢结构的施工是一项技术型非常强的工作，要求从施工的设计、材料的采购、现场的安装、施工管理方面都要做到细心，这也是建筑施工单位技术水平的体现。
1.超高层建筑钢结构的发展过程
随着科技水平的不断发展，越来越多的超高层建筑层出不穷，这也是人们征服自然的表现，也是人们不断进步的重要标志，超高层建筑也是一个国家的综合水平的体现。由于超高层建筑的特殊性，一般的超高层建筑主体都采用了钢结构。超高层建筑的起源是美国，至今已有100多年的历史，超高层建筑不仅能带来明显的经济效益，同时也是一个国家科技发展的重要体现。因此，在这100多年的时间里，世界各国都在争先恐后的修建超高层建筑（如图1），不仅在高度上越来越高，而且在建筑的造型上也逐渐的多样化。（如图2）
（图1）超高层钢结构建筑 （图2）形式多样化的超高层钢结构建筑
2.超高层钢结构施工的特点
超高层的钢结构建筑的施工量比较大，其组成的部件很多。同时，用来施工与对方组成部件的场地较小；超高层钢结构公式的另一大特点就是立体交叉施工，而安装的标准也非常高，不允许有任何的错误，对材料的选取上以及测量，焊接等施工的工艺要求都非常的严格；起重机的安装、升降以及拆除技术要求很高。这些都是超高层钢结构施工的主要特点，还有一些在建筑施工中需要注意的细节也是能够保证超高层建筑施工的关键。
3.超高层钢结构施工的技术策略
3.1超高层钢结构施工前期的准备
为了保证超高层建筑的顺利施工，在施工之前一定要对以下几个放面进行积极有效的前期准备。1、在超高层钢结构建筑施工之前，一定要对施工的现场进行勘察，同时对施工的材料（钢结构的构件、连接部件、零部件）进行验收，对施工的测量仪器进行校验，对构件的对方以及技术人员与工具等都要进行积极的准备。2、在超高层钢结构建筑施工之前，还要对施工的大型设备进行检验，还要对升降机内的钢丝以及容量绳进行检验，确保施工的安全。
在确定超高层钢结构建筑施工技术之前，一定要对需要施工的结构有一定的了解，还要根据实际的技术水平预计环境等因素来综合考虑。这些前提条件都是超高层钢结构建筑施工的重要前提，先进的施工技术也要符合自身的条件。
3.2超高层钢结构施工的测量技术
在超高层钢结构建筑施工时，一定要配备完好的仪器，并且精心的设置基准测量点，并且要选择正确适合的测量方法，同时这也是能够保证施工安全的基本原则。而在建筑测量的过程中，由于建筑本身的高度限制，导致了测量的难度非常大，现阶段，国际上先进的测量技术是建立双重控制网，利用卫星导航系统来进行设定基线网，同时，以精准度非常高的全站仪最为重要手段，从而来实现超高层钢结构建筑坐标的准确定位。
3.3超高层钢结构施工的焊接技术
在超高层钢结构建筑施工的过程中，对于各个构件的接点，都是以焊接的形式进行连接，焊接量非常大，而且要求也非常高，因为，钢结构的焊接直接影响钢结构建筑的牢固程度，若焊接技术不到位，那么造成的后果是不堪设想的。同时，高层钢结构的焊接还受天气情况的影响，所以说，必须要求超高层钢结构建筑的焊接技术一定要过硬。在焊接的过程中，首先要考虑的是钢材的不同特性以及现场的条件限制，并且选择合理适用的焊接技术，在焊接的过程中，一定要注意天气情况，进行有效的防风防雨措施，以免发生意外。现阶段，超高层钢结构的焊接技术一般都以二氧化碳保护半自动焊接技术为主，以手动为辅，焊接的过程还要考虑钢结构的焊接顺序，所以说，制定一个完善的焊接方案也是在焊接过程中不可缺少的部分，从而在最大的程度上将隐患减到最低。
3.4仿真施工分析技术
在钢结构建筑施工的过程中，在自身以及自然因素影响的条件下，会产生变形的情况，如果不对这一情况加以控制，将会导致严重的后果，甚至造成人员伤亡。所以说，一定要在施工前对这些能够影响钢结构建筑变形的条件进行分析。施工仿真分析技术是利用计算机来模拟施工过程中容易导致钢结构变形的因素的先进技术。能够对整个施工过程进行仿真分析，同时也能对各种因素对施工的影响进行有效的评价。
3.5实时监控技术
在钢结构建筑施工的过程中，各种情况都是在不断的变化，施工仿真技术所测算的结果与实际情况可能会有一定的差异。所以说，要想保证建筑施工的整体稳定性，在建筑施工的过程中利用实施监控技术也非常的重要。实施监控技术是利用先进的监控设备来对建筑施工的各道工序进行有效的监督与控制，能够对施工现场出现的任何微小问题进行分析，并做出正确的判断，从而使建筑施工更加的准确安全。（如图3）
（图3）温度的测定结果 （图4）临时支撑措施示意图
3.6临时措施的应用
在建筑施工的过程中，一般的都会采用临时措施，用来临时构建通道以及固定结构，在一些施工的过程中，由于建筑的高度，会给建筑施工带来很大的困难。所以，利用临时的支撑结构来稳定主体以及构建方便的施工通道也是必要的。在考虑施工安全的同时，临时措施一定要符合施工的安全制度，确保结构主体的稳定性以及施工人员的人身安全。
4.总结
超高层钢结构是一个国家科技进步的重要体现，但是，其施工的困难也是相当大的，要根据实际的情况以及综合技术水平进行全面的考虑。超高层钢结构的施工技术还在不断的进步，它是一个时展的产物，也是一个时展的必然。
参考文献：
关键词：二氧化碳；气体保护焊；焊接缺陷
中图分类号：O659 文献标识码：A
前言
二氧化碳气体保护焊现今在很多领域都得到了应用，尤其是二氧化碳气体保护焊在低碳钢和低合金钢结构焊接中具有成本较低，生产率高，操作方便等优点，是近年来我国普遍推广使用的焊接方法。但是，如果对二氧化碳气体保护焊不了解或是操作不当将会产生很多的问题。下文将就二氧化碳气体保护焊的原理、构成以及因操作不当等造成的各种缺陷进行阐述。
一、二氧化碳气体保护焊的简介
（一）什么是二氧化碳气体保护焊
二氧化碳保护焊主要采用了焊丝，而不是传统电焊中所需要用到的焊条，通过丝轮，软管，将焊丝送至焊枪，导电系统经过电咀导电后，在二氧化碳的环境中，同母材产生一定的电弧，产生电弧后会释放大量的热，利用这一原理，进行焊接。二氧化碳气体会通过焊枪的喷嘴，喷射范围在焊丝周围，因而电弧周围会受到二氧化碳的保护，形成一个隔绝空气的保护层，令溶滴和溶池不会受到空气的影响，因而可以令焊接稳定持续，同时保证焊缝质量可以满足焊接质量的要求。二氧化碳保护焊的发展起源于上世纪五十年代，经过半个多世纪的发展，已经成为当代最为重要的焊接技术之一。在汽车、工程机械以及造船、电梯制造锅炉等行业中广泛的应用开来，各种金属的加工制造也是二氧化碳保护焊的重要应用范围。
（二）该种焊接优点
该种焊接方式相对比其他的焊接方式，优势较为明显，具体论述包括以下几方面，首先，通过二氧化碳保护焊焊接的投入成本较低，对比手工电弧焊或者埋弧焊，其成本仅为传统焊接的一半；其次，二氧化碳保护焊的焊接效率较高，生产率相对比手工焊接方式，可以提高三倍左右；再者，二氧化碳保护焊的操作更加方便，由于是明弧焊接，因而对于工件厚度没有限制，可以全面对焊接位置进行操作，也可以向下进行焊接，在操作手法上更加便捷；第四，抗裂性能相对较高，由于二氧化碳隔绝了空气，因而焊接中受到的影响相对较小。焊缝的含氮量以及含氢量相对较小；另外焊后形变量也相对较小，对比手工电弧焊，此方式焊接的形变角度仅为千分之五，而不平度仅仅为千分之三。最后则是焊接过程中不回产生较大的飞溅，由于此阿勇了低碳韩进作为焊丝，或者焊接中使用了药芯焊丝，而焊接使用的二氧化碳中加入了惰性气体Ar，所以不会产生过量的飞溅。
（三）二氧化碳气体保护焊的保护效果
二氧化碳气体保焊是利用二氧化碳气体作为保护气体的一种电弧焊。二氧化碳气体本身是一种活性气体，它的保护作用主要是使焊接区与空气隔离，防止空气中的氮气对熔池金属的有害作用，因为一旦焊缝金属被氮化和氧化，设法脱氧是很容易实现的，而要脱氮就很困难。二氧化碳气保焊在二氧化碳保护下能很好地排除氮气。在电弧的高温作用下（5000K以上），二氧化碳气体全部分解成CO+ O，可使保护气体增加一倍。
二、二氧化碳气体保护焊的规范参数
二氧化碳气体保护主要有以下一些参数：焊接电流、焊接电压、焊接速度、干伸长度、焊丝、气体和极性。焊接电流：根据焊接条件（板厚、焊接位置、焊接速度、材质等参数）选定相应的焊接电流。CO2焊机调电流实际上是在调整送丝速度。因此CO2焊机的焊接电流必须与焊接电压相匹配，既一定要保证送丝速度与焊接电压对焊丝的熔化能力一致，以保证电弧长度的稳定。焊接电压既电弧电压： 提供焊接能量。电弧电压越高，焊接能量越大，焊丝熔化速度就越快，焊接电流也就越大。在焊接电压和焊接电流一定的情况下： 焊接速度的选择应保证单位时间内给焊缝足够的热量.干伸长度是指焊丝从导电咀到工件的距离。
三、二氧化碳气体保护焊使用时需要注意的问题和容易产生的缺陷
气保焊机有别于其它焊机之处在于它是机、电、气三位一体的设备，在使用中，对于其所发生的问题我们应从此三个因素去理解、分析和解决。一般地说：不能焊―电路故障；不好焊―机械故障；焊不好―保护气气体不纯或气路问题。这是经验的写照，而后两者占了问题总数的90%。二氧化碳气体保护焊使用时需要注意的问题：（一）供电电源应连接可靠、网压正常稳定（二）综合线缆连接紧密可靠、盘绕有序、不打死弯。电缆线应选用足够截面积的铜制电缆。（三）气瓶压力、气体流量应符合规范，加长综合电缆时最小气瓶压力、气体流量均应适当提高。（四）注意保护焊枪，勿踩踏、防烧、防烫、保持枪体平顺。（五）保证导电嘴完好，及时清理飞溅焊渣。（六） 加长综合线缆后，适当加大电弧力。（七）加长综合线缆后，焊接电压在标准规范上适当增加。（八） 随综合线缆加长，最大输出电流应减小，暂载率应下降。二氧化碳气体保护焊的缺陷：气孔、 裂纹、 蛇形、 焊道、 飞溅、电弧不稳等缺陷。
结语
本文就二氧化碳保护焊的原理、构成以及因操作不当等造成的各种缺陷进行阐述。
参考文献
【关键词】焊接缺陷，裂纹，磁粉探伤
目前，焊接技术在冶金、机械、石油和化工等部门中的应用已经相当普遍。随着工业技术的发展，高强度焊接结构钢的应用日趋广泛，高强钢在焊接时产生缺陷的倾向比普通焊接结构钢要大，因此随着高强度钢的应用对无损检测技术也就提出了更高的要求。
焊接部位存在缺陷，必然对其机械强度产生一定的影响，其缺陷程度与静态强度、冲击强度、疲劳强度以及应力腐蚀的敏感度等具有极为复杂的关系。焊接中的缺陷诸如裂纹、未焊透、气孔、夹渣等缺陷，只有在制造过程中间的适当环节正确的进行无损检测，才能防止无效的进行以后的工序，从而实现全过程的质量管理，减低制作成本。裂纹尤其是表层裂纹在焊接结构中，特别是在承受应力作用的焊接结构中，是一种危害极大的缺陷。为保证焊接结构安全运行，就必须加强焊接件的检验，发现缺陷并及时排除。通过对焊缝进行无损检测，检查缺陷并进行修补，以保证质量，因此无损检测也是质量控制的手段之一。
焊接是在母材和电极之间形成电弧，通过电弧使电能转换为热能，由于电弧的高温使焊接金属熔化并与母材熔合。焊接构件是经过一系列工序的加工才完成的。在构件制作过程中的不同工艺阶段，由于工艺和操作不当有可能产生相应的工艺缺陷。
一、焊接裂纹
1、气割裂纹。下料和坡口加工多数采用火焰切割的方法，当气割工艺不当或环境温度过低，冷却速度过快时，对于强度较高的钢容易产生气割裂纹。这种裂纹的方向是不定的，其深度一般在百分之几到十分之几毫米。
2、电弧气刨裂纹。电弧气刨是以碳棒为电极与钢板产生电弧，从而把钢熔化，同时用气流把钢水吹掉。在这个过程中，碳要向钢材表面过度，造成气刨面的增碳。如果冷却速度过快就会在电弧气刨面产生裂纹。这种裂纹的方向是任意的。
3、焊接裂纹
焊接裂纹形成的主要原因有以下几种：1）母材金属的碳含量或硫、磷含量过高时，其焊接性变差，容易产生裂纹。2）焊条、焊剂等焊接材料中的合金元素和硫、磷含量越高时，产生裂纹的倾向也就越大。3）低温或有风的情况下焊接，致使焊缝冷却速度过快也容易产生裂纹。4）焊接厚板或其结构的刚性大也容易产生裂纹。
焊接裂纹从不同角度有不同的分类方法。按形成裂纹的温度可分为热裂纹和冷裂纹，按裂纹产生的位置可分为焊缝裂纹、热影响区裂纹、熔合线裂纹三类。焊接裂纹产生的2个充要条件：力学因素和冶金因素。力学因素：内力——制造过程中焊接应力、相变应力；外力——使用过程中产生。冶金因素：母材：氢脆、合金元素引起的急冷硬化、回火脆性、时效硬化、加工硬化、高（低）温脆化、腐蚀脆化等。焊缝：夹杂物（O、N、H、气孔）脆化、结晶（柱状、线状、粗大）及晶界脆化、急冷脆化等。
二、磁粉检测缺陷检出度
磁粉检测适用于磁性材料的表面和近表面缺陷检测，它广泛应用于各个工业领域，在铸、锻件的制造过程中，特别在铁道车辆的制造、厂修、段修中，磁粉检测也是重要的常用的无损检测手段之一。焊接缺陷除肉眼检测外，还应进行磁粉检测、射线检测、超声波检测、渗透检测、涡流检测。有关文献做过鉴别尝试，磁粉法检测对铁磁性材料的表面的缺陷很敏感，而其他方法则无法可比。
磁粉检测的原理是：铁磁性材料磁化后，在表面和近表面形成漏磁场。此时在铁磁性材料表面撒上磁粉，磁粉粒子便会吸附在缺陷区域，显示出缺陷的位置、形状和大小。磁粉检测是利用磁粉聚集来显示工件上的不连续性及缺陷的。通常把检测时磁粉聚集而形成的图象称为磁痕。在检测中观察到的，缺陷部位吸附着的磁粉叫做缺陷的磁痕。
1、影响磁粉检测缺陷检出度的各种因素
根据电流磁化的原理，当磁化电流强度大时所产生的磁化强度也大，容易暴露缺陷的存在，但磁化电流过大，会使工件表面产生假象，影响正确分析和判断工件质量，所以应该根据工件的技术条件选择磁化电流，不可随便提高磁化电流的数值。磁粉的磁性和粒度对检出度有很大影响，作为磁粉检测用的磁粉除应经过充分氧化，使其成为导磁率高的高性氧化铁外，还应具有适当的粒度。材料的磁化性质随着材料成分、结晶状态及热处理不同而异，材料导磁性越好，缺陷越容易检出。采用磁悬液检测时，应选择表面张力小、渗透性好的油液按比例配制磁悬液，以便随着磁场的建立，将磁粉很快带到缺陷部位去。磁化方向与缺陷方向垂直时，漏磁最大，因而确定要检测沿一方向延伸的缺陷，就应尽可能把与缺陷垂直的方向做为磁化方向。另外，工件表面平整、清洁、光亮时，磁粉检测的缺陷检出度最大。磁粉检测的对象是表面裂纹一类的缺陷，而焊接缺陷不论尺寸、形状方面，还是结构组织上和材质方面都容易产生裂纹，所以焊缝缺陷的检测使用磁粉法极为常用。
2、磁粉检测特点和缺陷检测界限
磁粉检测的特点是可检测出铁磁性材料表面和近表面的缺陷；能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度；具有很高的检测灵敏度，可检测微米级宽度的缺陷；检测缺陷重复性好；在所有种类的探伤中费用最低。由于磁粉是微细的，说磁粉检测是没有检测界限也不过分，从强度观点看，磁粉检测能检测出位于强磁体内的结晶中的磁痕，不作为缺陷的小缺陷都能检测出来，从工业角度说，磁粉检测能够把实际意义上的裂纹检测出来。如果将交流磁化和直流磁化作一比较，交流磁化对表面缺陷特别灵敏，不易检出较深的缺陷；而直流磁化可以发现表面以下特深的缺陷。有关资料报道，交流磁化能检出离表面1.5毫米深的缺陷，而直流磁化能检出具距离表面3—4毫米深的缺陷。
裂纹等开口缺陷是一种危害性最大的缺陷，它除降低焊接接口的强度外，还因裂纹末端呈尖锐的缺口，在焊接件承载后引起应力集中，成为结构断裂的起源。日常工作中，经常遇到这样的情况，X射线、超声波检测没有发现缺陷，磁粉检测却能发现表面裂纹，所以说，无论X射线、超声波检测、还是磁粉检测都有其各自的特点和不足，为了更全面的检验与评价材料和产品的质量性能，必须采用多种方法组合和检测。
参考文献：
[1]中国机械工程学会无损检测学会，磁粉探伤，机械工业出版社，1987.3
[2]复旦大学，上海师范大学物理系 物理学（电磁学），上海科学技术出版社，1979
关键词： 小直径筒体焊接 工艺
中图分类号： TG439 文献标识码： A 文章编号：
正文： 所谓非机加工小直径筒体，在国家标准规范里，并没有明确其直径范围是多少，一般以卷板机能卷制最小直径。有的筒体直径不大于500mm，坡口采用半自动火焰或是手工火焰切割；然后打磨至露出金属光泽，手工电弧焊焊接；也有的小直径碳素钢、低合金钢和奥氏体不锈钢筒体，一般指内径φ≤600mm，筒体壁厚δ≥3mm，长度L ≤1500mm。坡口以机械加工坡口为主，一般都是小型的压力容器。如气瓶、立式反应罐等。压力容器对焊接要求严格得多，小直径筒体焊接还包括了一些人能进去但不能施焊的压力容器，比如：600--700mm锅炉汽包，人仅能进去检验、但不能处理焊道、不能焊接。像这样的小直径筒体，可以参照GB150《固容规》去焊接。
小直径筒体焊接有如下几个特点：
仅能单面焊接；
焊缝必须为全熔透焊缝！在电焊工考试中有一个比较严格的项目，就是关于管道焊接或者针对于小直径筒体焊接的，叫做“背透”。所谓的“背透”，就是单面焊接，双面成形。
施焊不能过流、焊接工艺要求极为苛刻。
对坡口要求高、返修难度大，严格的焊道甚至不允许返修。
小直径筒体焊接方法有两种：一是手工焊接、一是自动焊接，下面我们就逐一介绍这两种方法的焊接工艺。我们将从人、机、料、法、环等五个方面阐述：
一、焊接工艺方法：
1焊接坡口加工：在实际生产中坡口机加工小直径筒体与封头环焊缝焊接较容易；为保证焊接的质量，坡口尽量采用机械加工坡口，这样可以减少坡口处的氧化层，得于焊接和清理，如果采用碳弧气刨加工坡口，必须清除渗碳层，而且需要用角磨砂轮机进行打磨。坡口有设计要求的，一定遵照设计要求施工，没有设计要求的，要参照相关规范与标准施工。
2.常用的焊接工艺方法：手工钨极氩弧焊(GTAW)打底，焊条电弧焊(SMAW)填充、盖面。即氩—电联焊。对于非机加工坡口来说由于坡口角度偏差大，表面可能有凹凸不平，致使筒体与封头、筒体与筒体间装配后间隙大小不一致，经常造成手工钨极氩弧焊未焊透或是带垫板的焊缝熔敷金属流入垫板与筒体内壁之间，致使焊缝的射线探伤不合格。 所以在筒体在氩—电联焊时，要采用机械加工坡口。
3.焊道布置方法：A：环缝带垫板焊接；封焊垫板两侧；B：环焊缝背透。
二、施焊有关人员：
1.焊接工程师应根据NB/T47014（JB/T4708）《承压设备焊接工艺评定》的要求编制《焊接工艺指导书》，指导施焊人员的操作，建立特种作业人员管理体系、《焊接操作规程》等。
2.由于小直径筒体焊接的要求很高，对施工焊的有关人员要求也特别的高，其一就是铆工下料、坡口对接、筒体校直、封头检查等，都需要一个有要验、有水平的铆工；其二就是对施焊人员要求也高，施焊人员在操作前，要做以下工作：
A：图纸及工艺交底；
B：焊工考试：尤其是考施焊范围内的平口、纵缝、横缝等；
C：焊接试件的检查：也是对施焊焊工的检查，包括力学性能检验，UT、RT检验等。
三、机具：机具的准备分两个方面，一个是坡口加工，需要小型车床，一个是焊接机具，即电焊机，电焊机的选用只要能满足氩弧焊接所需要的电流、电压及稳定性就可以了。UT、RT所用的仪器等
四、材料：焊接材料宜根据筒体材料确定，如筒体材料为20钢、Q235B钢，则在氩—电联焊时，选用焊丝为H08Mn2Si,电焊条选用E4315型（J427）；如果筒体材料为Q345R，选用焊丝为H08Mn2SiA，焊条选用E5015（J507）型低氢碱性焊条。
五、关于环境，由于小直径筒体设备，占地小。自重轻，所以宜在车间内施焊，这样可以保证焊接质量，如果在室外时，需要采取一定的防护措施，包括防风、防雨、焊口防锈等。
下面举例说明小直径筒体焊接的过程。
一、焊前准备；选择直径为450mm壁厚为8mm的Q345R筒体进行2个不同的焊接工艺实验对比，（有垫板和无垫板）
1：坡口形式及加工 对于8mm厚的钢卷制的筒体与封头焊接时；常用的坡口形式有两种I形和Y形；I型坡口仅适用不非熔透焊接常压容器或盛瓶，机械坡口加工[如下图所示]
2：组装定位 定位焊缝长度25~30mm 间距不大于150mm
3：焊前清理 坡口清理 打磨 焊丝用无水乙醇或丙酮去油垢
4：采用氩—电联焊。
二、焊接材料；根据接头与母材等强度原则GTAW用焊丝H08Mn2SiA和纯度为99.99%以上的氩气； SMAW用低氢型碱性焊条E5015[J507]使用前进行350~400度烘陪，保温时间不少于1h。焊条要存放在保温筒内，要随用随取！
1.垫板；材质为Q345R 厚度6mm 宽度30mm
2.焊接设备：用符合要求的电焊机。一般宜用BX型电焊机。
3.焊接参数及焊接顺序：（见下表）
方案一：焊缝背面带垫板，采用钨极氩弧焊封焊板两侧 焊条电弧焊填充 (SMAW)及盖面的焊接工艺
注：氩弧焊氩气流量：8～10L|Min 型式如下：
焊后进行100%RT探伤，Ⅱ级以上为合格，一次探伤合格率达100%；未发现未焊透，表面气孔等缺陷；探伤结果满足相关要求。
方案二：焊缝背面不带垫板，采用手工钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充，最后用细丝埋弧焊的焊接工艺。
焊后进行100%RT探伤，Ⅱ级以上为合格，一次探伤合格率达100%；未发现未焊透，表面气孔等缺陷；探伤结果满足相关要求。
结果分析
1：在上述工艺实验分析中；均采用的是氩—电联焊，当进行很好的层间处理后。未出现未焊透的现象。
2：对于带垫板的焊缝，必须用手工钨极氩弧焊对垫板两侧进行封焊然后用焊条电弧焊进行填充，否者熔敷金属流入垫板与内壁之间，造成探伤结果不合格。因为焊缝带垫板，垫板在于筒体内壁装配时有的部位间隙较大，焊接时熔敷金属很容易流入垫板与内壁之间。
3：对于不带垫板的焊缝，采用传统的焊接工艺，GTAW打底 SMAW填充盖面，这样能保证焊接质量的，但需要注意的是，在用SMAW填充过程中，一定要进行层间处理！否则，一旦在填充层出现焊接缺陷，则处理起来很麻烦和费力。氩—电联焊的关键就在于填充层。要做好层间打磨、层间焊道的清理工作。
小直径筒体焊接---机械自动焊：
机械自动焊接：是机械化大生产的需要，也是生产力发展的趋势。近十几年来，我国在焊接装备制造业技术水平有了长足进步，焊接装备的成套性、自动化程度、制造精度和质量都有了明显提高，各种焊接设备的应用范围正逐步扩大，小直径钢筒体就是一种适合专机焊接的典型结构件。这种钢筒体内侧焊缝手工施焊非常困难，甚至无法手工焊接，焊缝质量很难保证，且效率低、劳动强度大。因此，使用专机焊接是最理想的焊接方法，在此以一种小直径钢筒体的专机焊接应用技术作以下介绍。
1 小直径筒体自动焊接机
1.1 设备简介
焊接专机主要用于筒体内、外纵缝的自动焊接，主要结构由焊接操作机和电动机调滚轮架组成；操作机主要由立柱（包括提升机构、防坠落保险装置及配重部件）、横梁（包括齿条及横梁驱动部件）、机头等部件组成，电动机调滚轮架由一组手动机调主动滚轮架、一组手动机调从动滚轮架和底座组成。
1.2 设备特点
本焊接专机具有以下几个特点：
焊接质量高、焊接速度快、线能量小、工件变形小；
生产率高、人工消耗少、操作简单；
分埋弧自动焊接和气体保护焊接，能节约焊材。
2 焊接工艺
2.1 坡口尺寸
焊接坡口的几何形状、尺寸和制备方法会直接影响到Q345R焊接接头的质量，焊缝的根部缺口往往是各种裂纹的起源地。本文所述的小钢筒，当板厚小于10mm时, 对接纵缝可采用单面V型坡口；当板厚大于10mm时，可采用双面坡口，制备方式为机械加工坡口。钝边高度、组对间隙、焊接参数之间须保持良好的匹配，匹配不当可导致在焊接时出现穿丝现象，或不能将钝边完全熔合, 容易产生钝边未熔现象。坡口形状示意图如图3所示，其中：δ表示板厚, α表示坡口角度，b表示根部间隙，p表示钝边高度。推荐坡口尺寸：α= 45°~ 60°，b=0~2mm，p=0 ~5mm。
2.2 工艺参数
Q345R钢焊接参数包括能量参数、温度参数和操作参数三部分。能量参数是指焊接电流、电弧（焊接）电压和焊接速度；温度参数则包括预热温度、层间温度和后热温度；操作参数主要由焊接位置、焊接顺序、焊接方向和焊道层次等参数组成。在这些参数中，能量参数和温度参数对接头的质量和性能起决定性的作用。对本文所述的小直径钢筒体而言，属于容器钢且材料为中厚板，能量参数对其焊接接头起主导作用。
下面举例说明小直径筒体焊接工件过程：
小直径钢筒体工件规格：直径=400 mm，壁厚=14mm，长度=1500mm，材料为Q345R。坡口制备：α=50°，b=0mm，p =2mm。焊接方法：富氩气体保护焊，焊丝型号：H08M2SiA，焊丝直径：φ1.2mm, 焊枪行走角：90°。焊缝余高控制在1mm以下。
各焊接工艺参数见附表。
3 焊前准备及焊接
3.1 焊前准备
为了保证小钢筒的焊接质量，降低故障率，正确使用焊接专机，增加设备寿命，必须做好焊前准备工作，主要有以下几点：
3.1.1 检查零件坡口尺寸是否符合要求；将坡口内、外壁50 mm范围内的铁锈、油污、水分等清理干净。
3.1.2 检查保护气体是否合格，气体量是否足够，各电路、气路是否正常。
3.1.3 焊接电流、电压等焊接工艺参数是否符合要求。
3.1.4 检查焊接专机“急停”开关是否复位。
3.1.5 按工艺要求调整好焊接速度，送上动力电，按下“启动”按钮调整机头位置，使焊枪移到与焊缝合适的位置。手动运行一次校核焊接速度是否可靠。
3.1.6 检查各部分的数据是否输入正确，将手控盒上的“手动/联动”开关扳到 “联动”位置，保证各部分处于同步运行状态。
3.2 焊接
完成以上焊前准备各步骤后，按下“焊启/焊停”按钮，即可进行焊接。使用焊接专机后，焊缝一次性成形，焊缝成形美观，质量可靠。
3.3焊接过程控制：在焊接过程中，需要专业焊工严格控制焊接质量，如电焊的电流、电压、速度、保护气体量或焊剂量。
3.4在焊接过程中，如果是埋弧焊，要过一段时间清理药皮，查看缺陷及接头质量，注意层间清理。
3.5在起弧、收弧过程中，要用引弧板。
关键词：疲劳； 构造细节；有效缺口应力法；正交异性桥面板
中图分类号：U441.4 文献标识码：A
正交异性钢桥面板因具有良好的结构和经济性能，被广泛应用于各种跨径的桥梁中.然而实际桥梁中正交异性桥面板受力复杂，加之超载现象严重，各种构造细节容易出现疲劳开裂.对于其焊接细节疲劳性能的评价，过去通常采用基于SN曲线的名义应力法[1]，但正交异性桥面板的焊接细节应力复杂，名义应力有时难以确定，疲劳寿命结果的离散性可能很大.改进的热点应力法可用于焊趾处的疲劳开裂分析 [2]，但不能应用于萌生于焊根、内部焊接缺陷等其他部位的疲劳开裂分析.另外，热点应力需要外推得到，如何有效地避免非线性应力也存在疑问.针对上述方法存在的缺陷，Radaj提出了有效缺口应力法[3]，该法通过某一特定的半径来划分焊趾或焊根区域，进而直接计算缺口根部的线弹性应力，从而回避了缺口处的应力集中问题.目前，该法在焊接结构的疲劳评定上得到了一些应用.
本文从有效缺口应力法的原理出发，分析正交异性桥面板之横隔板弧形切口处，与U肋连接的2种不同横隔板过渡形式中焊趾和焊根处有效缺口应力，并将计算结果与试验结果进行比较，目的在于评价正交异性桥面板的疲劳寿命.另外，本文运用有限元法分析了不同的U肋厚度对横隔板与U肋连接焊缝端部疲劳应力的影响.
1有效缺口应力法原理
1.1有效缺口应力法起源
在线弹性条件下，应力集中系数k与（1/ρ）0.5 （ρ为缺口半径）成正比，当缺口较为尖锐时，缺口尖端的应力会十分大，甚至会出现应力奇点.这显然与实际情况不符，说明缺口处存在着某种支撑效应.Neuber在文献[4]中提出：当缺口尖端区域的应力和应力梯度较大时，材料内部存在的晶粒取向不同等微观各向异性不再可以忽略，而根据忽略材料微观各向异性的弹性理论求得的弹性应力高于此区域的真实应力，这相当于材料的微观结构支撑约束了弹性应力，这个很小区域的平均直径为微观支撑长度ρ*.该理论则为微观支撑理论.根据微观支撑理论，理论最大缺口应力并非产生疲劳裂纹的决定性因素，在裂纹萌生一定区域内的平均缺口应力才是产生疲劳裂纹的关键所在.平均缺口应力σm可以通过对理论缺口应力σth沿微观支撑长度ρ*积分求得，如图1所示.
σm=1ρ*∫x0+ρ*x0σthdx. （1）
1.2有效缺口半径推导
公式（1）需对理论缺口应力σth积分，计算较为复杂.为简化求解过程，Neuber提出了新的思路：计算疲劳应力时不需要考虑弹性缺口应力平均值σm，而是直接获得一个包括微观支撑效应在内，反映实际强度减小的最大缺口应力σmax，如图2所示.微观支撑效应可以用虚拟缺口半径ρf代替真实的缺口半径ρ来反映，见公式（2）：
ρf=ρ+sρ*. （2）
式中：s为支撑系数.
支撑系数s主要是考虑载荷条件和等效应力对缺口应力的影响，其大小与缺口处的应力状态和适用的强度准则有关，具体见表1.
ρ*是材料参数，材料发生脆性断裂时， ρ*是关于材料的断裂韧性KIC和断裂应力σF的函数[5].
ρ*≈（2/π）（KIC/σF）2. （3）
公式（3）计算值偏大，对于高周疲劳，建议采用下式[4]：
ρ*≈（2/π）（Kth/σE）2. （4）
式中：Kth是应力强度因子阈值；σE是疲劳极限.
基于大量的疲劳实验，Neuber认为 ρ*是材料屈服极限σY0.2（无明显屈服的钢材，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限）的函数[4]，不同材料的微观支撑长度如图3所示.
屈服强度/MPa
对桥梁常用钢材，Radaj建议s取2.5（假定焊缝处于平面应变状态，强度理论为冯米塞斯多轴强度理论），ρ*取0.4 mm.当缺口根部处于最不利情况时（缺口的真实半径ρ=0），根据公式（2）可计算出ρf=1 mm，此时：
Kfmax=Kt（ρf=1 mm）. （5）
式中：Kfmax为最大疲劳缺口系数；Kt为应力集中系数.
因此，有效缺口应力可以通过虚拟半径ρf=1 mm来划分焊趾和焊根区域，进而求得缺口根部的线弹性应力，如图4所示.
当板厚t
1.3有效缺口应力法的计算
虚拟缺口半径ρf是一个理想化的假定，因此有效缺口应力法通常利用有限单元法或者边界单元法去模拟真实的焊缝应力状态.
有限元计算时，网格质量直接关系到计算结果的精确性.为此，国际焊接协会（IIW）对缺口处网格大小做了详细的规定[7]，见表2.
不难发现，上述方法在有限元建模时不仅顾及了结构整体的几何效应，而且考虑了焊缝细节的几何效应，因此可用一条通用的SN曲线评价各种不同类别焊缝的疲劳强度.规范规定[7]：基于正应力评价焊接细节时，当循环次数N107次后，SN曲线的斜率m为22.同时，当虚拟缺口半径ρf为1 mm时，焊接细节的FAT值（N=2×106次循环时材料的疲劳强度）为225 MPa.
然而，上述规范并没有解释FAT值适用的应力假定以及ρf为0.05 mm时钢材的FAT值.为此，Sonsino在文献[8]给出了不同半径和强度假定下的FAT值，见表3.表中，主应力假定主要应用于脆性材料，而冯米塞斯力假定主要应用于延性材料以及多轴应力状态.
2正交异性桥面板的应用
2.1试验概述
如前所述，实际桥梁中正交异性桥面板受力复杂，加之超载现象严重，各种焊接细节容易出现疲劳开裂.虽然设计及制造时采用了各种措施，但横隔板与U肋连接处的焊缝仍会出现疲劳裂纹.该处裂纹产生的原因主要有车轮荷载位于横隔板之间时产生的面外弯曲应力和车轮荷载位于横隔上时产生的隔板平面内弯剪复合应力2种.关于隔板面外弯曲应力，AASHTO规范已做了详细划分，而隔板平面内的弯剪复合应力目前却未有规范明确规定.
文献[9]的疲劳试验主要是评估车轮荷载位于横隔板时，正交异性桥面板之横隔板弧形切口与U肋连接焊缝端部构造细节的疲劳寿命.试件在横隔板弧形切口处选取了2种不同的圆弧过渡形式，目的在于通过实验结果对比获得有利于工程实践的构造形式.2种不同的疲劳试样分别为：圆弧相切过渡（S1）与圆弧垂直过渡（S2），如图5和图6所示.
为模拟车轮荷载通过横隔板时隔板平面内的弯剪复合应力，试验时将试件倒置在疲劳机上，面板通过螺栓与固定在地面的钢板连接，如图7所示.试验过程中试件1（S1）采用5种不同的荷载幅，分别为120 kN，150 kN，180 kN，200 kN，270 kN；试件2（S2）采用荷载幅180 kN，以和试件1（S1）的疲劳实验结果对比.疲劳机采用等幅加载，应力比R=0，加载频率f为2 Hz.
构件失效以疲劳裂纹长度达到20～30 mm为准则，试验结果见表4.
所有试件的疲劳破坏均发生在横隔板弧形切口与U肋连接的端焊焊趾处，焊根处无疲劳破坏，如图8所示.
2.2有限元计算
有限元计算有效缺口应力时，可以选择2D板单元和3D实体单元建模.通常情况下，正交异性桥面板的构造和受力较为复杂，3D实体单元能更好地反映实际的受力状态.因此，建模时建议选用3D实体单元.
本文有限元分析时采用与试验一致的荷载幅值加载到疲劳试件上，桥面板处采用固结处理.由于缺口处需要很高的网格分辨率，为减少计算量，根据结构和载荷条件的对称性，选取1/4模型，如图9和图10所示.
正交异性桥面板建模时采用了子模型技术对关键细节进行局部细化，如图11和图12所示.子模型技术是基于圣维南原理，即当作用于弹性体表面某一区域的载荷被另一等效载荷替代时，只会对载荷替换区域附近的应力分布有影响，对此外大部分区域的应力影响可忽略不计.为保证计算结果的准确性，建模时应使切割边界远离应力集中区域，一般通过比较子模型切割边界上的应力与粗糙模型相应位置的结果是否一致来验证.
网格质量与有限元计算结果息息相关，因此，本文给出了2套不同的网格尺寸，以做网格无关性验算，如图13和图14所示.其中，方案1沿焊趾缺口区域的单元尺寸为0.1 mm，沿焊根缺口区域的单元尺寸为0.2 mm；方案2沿焊趾缺口区域的单元尺寸为0.06 mm，沿焊根缺口区域的单元尺寸为0.13 mm.上述建模均采用了高次单元，不难发现，所有的网格大小均满足规范的规定值.
考虑到焊缝处于多轴应力状态，本文应力分析时一律选用冯米塞斯应力.当荷载幅值为120 kN时，有限元计算结果如图15和图16所示.
通过上述计算可得出试件S1和试件S2的有效缺口应力，具体见表5和表6.
从表5和表6可知，在满足规范规定的网格大小条件下，改变网格密度对计算结果影响已很小，几乎可忽略不计，因此上述有限元建模满足网格无关性标准，网格精度符合要求.方案2焊趾和焊根缺口区域的单元尺寸均小于方案1，因此计算的结果较为精确些，应力分析应采用方案2得到的有效缺口应力，具体见表7.
从表7可知，试件S1焊趾和焊根处的有效缺口应力均大于试件S2，结果表明试件S1的最大有效缺口应力比试件S2高11%，这与在相同的荷载幅值作用下，试验时试件S2的循环次数要多一些的现象一致.因此相比于试件S1，试件S2的疲劳强度要高一些.对比发现：试件S1和试件S2的焊趾处有效缺口应力均显著大于焊根处的有效缺口应力.其中，试件S1焊趾处最大有效缺口应力比焊根处高67%，试件S2焊趾处最大有效缺口应力比焊根处高129%，这表明疲劳裂纹更易在焊趾处产生，该结果与加载时所有焊接件均在焊趾处疲劳开裂的现象相同.另外，试件S1靠近隔板侧焊根处的有效缺口应力比靠近U肋侧高112%，试件S2靠近隔板侧焊根处的有效缺口应力比靠近U肋侧高47%，因此相比于靠近U肋侧焊根，技术人员要更注重靠近隔板侧焊根处的焊接质量，以避免疲劳裂纹的产生.
有限元建模时选用了与试验一致的荷载幅值，计算出不同荷载幅值作用下试件S1和试件S2的最大有效缺口应力，具体见表8.
根据上述有效数据，采用有效缺口应力法去评估构造细节的疲劳寿命，其对应的SN曲线应满足以下基本关系：
1）基于SN曲线评价构件的疲劳强度时，构件疲劳强度的保证率应不低于PS=97.7%；
2）在疲劳评价中应充分考虑残余应力的影响，通常采用较高的应力比.
残余应力对有效缺口应力法的影响一直是关注的热点[10].1989年和1994年，Olivier在疲劳试验时就采用了应力比R=0.4去评价T型和Y型焊接件的疲劳寿命；2008年，Hobbacher进一步地选用应力比R≥0.4分析了不同载荷条件下焊接件在焊趾和焊根处的疲劳破坏；2010年，Fricke和Paetzold利用较高的应力比验算了大尺寸模型的疲劳寿命.上述试验结果均表明：在充分考虑残余应力的影响时，IIW规定的标准SN曲线均能保证焊接件的疲劳强度保证率大于99.7%.
近期，Pedersen通过对比一系列试验数据发现[11]：当板厚较小时， IIW规范规定的SN曲线并不能满足对接焊的试验结果.针对上述状况，Pederson在文章中建议采用较小的FAT值（建议200 MPa），或者将规范规定的最小疲劳缺口系数Kw从1.6提高至2.0.本文焊接工艺采用的是角焊缝，因此不存在Pederson提出的这种状况.
试验时，二次壳弯曲应力会导致焊接件疲劳应力的增长，因此规范规定有限元计算结果应乘以应力放大系数km，对于角焊缝，规范建议km 取1.20[7]，计算结果见表9.
从图17知，试验结果有一定的离散，原因主要来自于两个方面：一是焊接技术、焊接质量、局部缺陷的大小和类型；二是焊接过程残余应力的影响.这就要求我们在以后加工制造时要更加注重正交异性桥面板细节处的焊接质量，避免产生大的质量误差.
试验结果表明：基于有效缺口应力法疲劳评价的正交异性桥面板的试验保证率PS=100%，符合要求.图17显示，结果有一定的保守性，这可能与有效缺口应力法中假定缺口的真实半径ρ=0有关，因为实际正交异性桥面板构造细节处的真实半径一般不为0.
综上所述，虽然结果有一定的离散，但是试验结果满足规范建议的SN曲线，这也证明了有效缺口应力法可以很好地应用在正交异性桥面板的疲劳评价中.
2.3U肋厚度的影响
实际桥梁中，正交异性桥面板的疲劳裂纹主要出现在桥面板与U肋连接处，大多数研究也主要关注构造细节对该处的影响，其中包括U肋厚度与该处疲劳的关系.例如，Sim[12]计算发现U肋厚度对桥面板与U肋连接处焊缝的应力几乎没有影响，该处的应力主要受桥面板厚度以及焊缝熔透率影响.而关于U肋厚度对横隔板弧形切口与U肋连接的焊缝处细节的疲劳影响却很少有论文涉及.
针对上述问题，本文建模时选取7～11 mm5种不同的U肋厚度去计算横隔板弧形切口与U肋连接焊缝端部的有效缺口应力.模型选取与圆弧垂直（S2）的横隔板过渡形式，横隔板厚度保持不变，荷载条件同上述实验.选取10 mm的云图，如图18所示，有限元计算结果如图19所示.
从图19可知，随着U肋厚度的增加，焊趾和焊根处的最大有效缺口应力都出现较大程度的增长.结果表明：U肋厚度的增加非但没有提高结构的疲劳强度，反而更易于横隔板弧形切口与U肋连接处疲劳裂纹的产生.
3结论
1）相比于名义应力法和热点应力法，有效缺口应力法具有更大的优势.通过上述试验分析，验证了有效缺口应力法可以很好地应用于正交异性钢桥面板的疲劳评价中.
2）在充分考虑残余应力的影响时，有效缺口应力法均可应用到疲劳评价中.而上述试验结果具有一定的保守性，这可能与假定缺口的真实半径为0有关，建议开展更大尺寸模型和更多疲劳试验验证方法的精确性.
3）当车辆荷载作用于横隔板时，U肋与横隔板端焊缝处的焊趾有效缺口应力大于焊根处的有效缺口应力，疲劳裂纹更容易在焊趾处产生.在焊根处，靠近隔板侧的有效缺口应力显著大于靠近U肋处，因此要更注重靠近U肋处焊根的细节质量.
4）U肋厚度对桥面板与U肋连接处焊缝疲劳几乎没有影响，但当荷载作用于横隔板时，U肋厚度的增加却导致U肋与横隔板端焊缝处焊趾和焊根的有效缺口应力显著地增长.因此，增加U肋厚度非但不能提高结构的疲劳强度，反而更易于U肋与横隔板端焊缝处疲劳裂纹的产生.
参考文献
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论文关键词：科学原理；技术科学；技术教育
根据联合国教科文组织(UNESCO)《技术和职业教育术语》(1984年)第8条的解释，所谓“技术教育(technical education)，这种教育在第二级教育高端和第三级教育低端时培养中级人才(技术员、中级管理人员等)；在大学水平时培养高级管理岗位的工程师和技术师。技术教育包括普通文化教育，理论的、科学的和技术的学科学习，以及相关技能训练。”尽管以学校教育为中心的技术教育的思想和实践可以一直追溯到古代的中国、希腊和罗马，而以技术教育为目的的学校教育的发展却是产生于18世纪后半叶，19世纪后半叶走上正轨，并随技术的发展而逐步高级化。
一、工业革命催生了学校形式的技术教育
如果要追溯技术教育产生的渊源，其雏形是产生于欧洲中世纪的学徒制。学徒制最初的形式是父亲把自己的技艺传授给儿子，是一种与初期手工业相适应的教育形式。后来随着手工业的发展，为了生存与竞争，手工业者不能单靠自己的孩子的力量进行工作，必须把一部分技艺传给别人的孩子，才能保持足够的手工业生产者。然而，“自斯蒂文(Stevin，1548-1620)和伽利略(Galfleo，1564-1642)时代以来。力学科学使人对机器产生了新的理解，尤其是在18世纪，数学开始经常被运用到机器构造的理论和实践中去。在18世纪，可以看到有关材料强度的实验开始出现，这对于应用力学的发展和性能良好的发动机的设计是有帮助的。精密测量是科学的重要基础，对于一切复杂机械装置的设计和维护，它都起着越来越重要的作用。此外，实用工程技术本身也获得了发展的动力。这种变革实质上是机械技术的新开端。机械技术的产生和发展催生了一般称为机器时代的新时代，引起了工业领域的大变革。特别是蒸汽机的发明，成为工业革命的核心标志。工业革命的四项基本成就是：用机器取代了工具、引入新的原动力、普遍适用的原动力、工厂成为生产组织的一种新形式。技术的变革和工厂的规模化生产，促使学徒制走向衰退，学校形式的技术教育开始出现。从学徒制走向学校形式的技术教育，一方面是由于生产技术的发展使然，此时的劳动者已从掌握手工工具进行生产发展为掌握机器进行生产，如果不提高劳动者的文化知识水平，必然导致生产力的破坏；另一方面也是因为，由于生产力水平的提升，工农业开始出现规模化和专业化生产，对劳动者需求的规模和要求也在提升，需要批量“生产”劳动者。正如马克思在《资本论》第一卷中所指出：“大工业在再生产出旧的分工和固定化的专业的同时，它需要有适应于不断变化的劳动需求而可以随意支配的人员，工艺学校和农业学校是这种变革过程在大工业基础上自然发展起来的一个要素。”当然，在当时，尽管学校形式的技术教育开始产生，但学徒制依然起着较大的辅助作用，许多特种艺人还要采用学徒制进行培养。由此我们也清醒地认识到，工业革命初期并未完全促进技术教育的发展，相反，由于使用了机器，资本家得以大量雇佣女工、童工来代替原来有手艺的成年工人，而且每天工作时间很长。在当时，只有少数的“慈善家”才给工厂做工的孩子以上学的机会，主要是半工半读的学校，进行小学文化教育，也逐渐增加一些技艺教育，这些学校成为早期技术学校的前身。这个时期，除欧洲几个国家外，其他地区技术学校极少，如日本到1875年只有一所技术学校，总共仅15名学生。18世纪后期，为了适应社会的需要，英国建立了一些开设实用课程的实业学校。
二、科学原理在技术领域的广泛应用促进了技术教育的发展
19世纪70年代以来，人类开始进入电力时代，这又一次的技术革命，促使技术教育得以迅速发展。电力的应用并非直接来源于生产，而是来源于科学实验。英国科学家法拉第在1831年发现了电磁感应定律，成为发电机的理论基础。经过了几十年，到19世纪70年代科学家才制成了有实用价值的发电机和电动机；19世纪80年代，解决了远距离输电问题，出现了电力照明；十九世纪末，又出现了无线电技术。这些新技术的出现不但对工厂的劳动力提出了新的要求，更促进了技术教育的发展。以工业革命的起源地英国为例，在19世纪20年代，英国孕育了其历史上伟大的教育运动——建立技工学校(mechanics’institutes)。但当时的这类学校的办学者对其特殊的作用并未有很清醒的认识，使得这类学校一度陷入困境。“这类学校在经济波动中起伏不定，忽好忽坏，当就业情况好时，它们兴旺发达。在经济萧条的年代，政治学明显比自然科学更重要时，它们就失去了活力，因为技工学校的方针不是去探讨一些容易引起争论的有关政治或经济的问题。”采取技工学校的方针并不奇怪，因为当时大多数的技工学校都是由富裕的制造商或商人积极主动创办的，他们对政治激昂的情绪并未给这类学校带来好运，这种热情未能持续多久，到1830年，技工学校就陷入了困境。技工学校在当时陷入困境和衰败一方面是办学者没有明确认识到“学校的目标是教会工人(干什么学什么)掌握那些他们在工作中会用到的科学原理；让他们了解这些科学原理实际的应用，以及怎样学以致用；使他们能全面地了解自己的工作，并有能力对工作进行改造；教会他们如何在社会中提升自己，使业余生活过得既体面又愉快。”技工学校授课内容很少与工人每天的工作相关；另一方面也是由于在当时条件下缺少作为技术教育基础的初级教育。尽管当时的技工学校没有对英国的工业革命产生立竿见影的影响，也不能满足英国大众对技术教育的需要，但其作用的显现已使一些有远见的人认识到英国的工业不能再依靠早期对贸易和商业的垄断，也不能只靠那些没有受过技术教育的发明者和手工艺技师了。“其培养的一些学生已走向成才之路，如扬(James Young，1811-1883)先在格拉斯哥的安德森学校学习，后来成为石油工业之父。在英国的兰开夏郡、柴郡和约克郡创办的工会(技工学校的一种形式)，走出了技术教育体制化的第一步。他们和艺术学会合作第一次在全国举行了夜校生的技术资格考试，并在19世纪下半叶融入了全国的技术教育系统。”1889年，英国《技术教育法》的颁布，以及基于此法令的所有地方当局的技术教育，格拉斯哥皇家技术学院、哈德斯菲尔德技术学院、曼彻斯特技术学院等高等技术学院的建立都受到技术学校运动的影响.
与英国相反，当时的一些欧洲大陆国家则以义务教育为基础来发展技术教育，如在普鲁士，1826年提出一项规章，要求所有7-14岁的儿童要上全日制的学校。在其他一些欧洲国家，儿童在完成初等教育学业前不允许参加工作，大约到14岁才能进厂劳动，但他们必须在职业学校继续接受教育，一直到16岁。这种全日制的职业学校对工人带来很大的好处：不但讲授与许多职业相关的科学原理，而且还迫使年轻人继续阅读和思考，所有的学校都教科学和几何制图，有些学校是高度专业化的，专门教授纺织、采矿、建筑、酿造以及类似行业的技术。
技术教育产生时期的技术学校在许多专家学者的眼中被看成了学校形式的职业教育产生时期，其原因在于当时的技术学校主要是培养职业领域的技能型(操作型)人才，而且当时的职业都与生产技术有关，可以说当时的技术教育与职业教育没有什么太大的区别。
1851年以前，英国的中学和技工学校对技术没产生什么影响，大学对技术的影响就更微乎其微了，绝大多数早期的大学实际上根本不聘请科学家讲课，维多利亚前期的牛津大学和剑桥大学就学的少数工业管理人员并不要求学习与技术有关的自然科学方面的知识。但1851年的世界博览会对英国来说是一个转折，尽管这次博览会对许多英国人来说是一个举国自我陶醉的独特盛会。一百种产品经国际评审团评议后，英国赢得了其中绝大部分的金奖。然而，一些富有远见的观察家对来自海外竞争的迹象引起了警觉：很明显，英国在贸易和商业方面的霸主地位已受到威胁，显然，一些国家正超越英国，因为他们的手工业工人受到比较良好的教育，政府对科学和技术方面的研究工作给予慷慨资助。如为了新技术发展的需要，“许多欧洲大陆国家都设立了高等技术学校，而且，大家都认识到这是培养未来有志于成为工业企业技术带头人的途径。不过，德国的几所大学已经培训，而且还在培训许多化工技术方面的人才。众所周知，欧洲大陆大量创建制造业公司、机械工厂及其他类型的工厂，如果没有在学校中建立高等技术教育的体系，没有为最初的科学调查配置必要的设备，没有对教学和最初的研究工作进行正确的评估，那么，在诸多不利条件的影响下，高等技术教育是不可能得到充分发展的。”欧洲大陆国家广泛实施高等技术教育的体制并非是出于人道主义，它旨在促进欧洲大陆国家间的相互竞争，赶上并超过英国的工业水平。为了争取化学工业的领导地位，德国转向大学求助。 从1830年开始，德国的历史学家兰克(Ranke)、科学家亥姆霍兹(Helamholtz)等把研究精神带进了大学，结果大学的研究实验室，而非大学的课堂，成为培养化工专家的苗圃，而且他们和德国的化学工业保持着紧密的联系。在荷兰，早在1864年，代尔夫特已有一所有国家资助的技术专科学校，它的宗旨是为荷属领地培训工厂经理、工程师、建筑师采矿专家。即使在美国，创建技术教育事业也比英国坚定。在殖民地时期，美国还没有独立的技术教育，只有一些服从主人命令而不以学术技术为主的艺徒制度。独立战争之后，特别是随着农业技术和机械技术的发展，社会对技术教育的需求越来越迫切。1862年，美国联邦政府颁布《莫雷尔法案》(MofillAct)，规定联邦政府赠予每个州一定的土地，土地出售的收入用于支持大学，“赠地学院”由此得名，它们建立的初衷是推广农业技术和机械技术。由国家资助的学院的捐款有力地促进了高等技术教育在美国的发展。1865年创建的麻省理工学院因其办学宗旨而闻名：“我们打算为那些想在企业里担任管理职务的人提供机会……在我校，学生将系统地学习政治和社会的关系，并掌握科学的方法和生产工艺。”面对这种情况，英国的有识之士提出：“以前，原材料是我们优越于其他国家的主要资本，现在原材料价格正在逐渐扯平，由于运输得到改善，原材料不再奇货可居。将来我们必须扶持工业，不是靠土地的资源优势去竞争，而是靠智力的竞争；而理论科学的研究者……是工业战车的‘骏马’……在为工业教育创建学校的同时，也为英国的科学进步作点贡献。”在这些有识之士的影响下，1853年，英国女王在演说中对政府支持与工业有关联的技术教育做出承诺，一年以后内阁增设了科学和艺术部，目的是促进科学和技术教育的发展。它的第一个有关教育的任务是管理已经开办了两年的国立煤矿学校，该校与一所私人集资、在1845年开办的皇家化学学院合并，从而开了国家资助高等技术教育的先河。整个这段时期，来自对欧洲大陆竞争的担忧成了英国进行教育改革的原因之一。
然而真正推动英国技术教育的发展的主要动力还在于1867年在巴黎举办的世界博览会。英国曾在1851年的世界博览会中几乎包揽了所有项目的大奖，而到1867年，却不得不对勉强得到的12个奖项感到满意。面对这种现状，“一种非常一致的观点占了优势，认为我们的国家已表现得缺乏独创性，而且在常规工业技术方面也止步不前……人们达成共识的原因是法国、普鲁士、奥地利、比利时和瑞士已拥有了一套对雇主、工厂和车间经理的完善的工业教育体系，而英国却没有。”针对这种情况，当时的英国议会决心对技术教育的迫切需求开展调查，并通知驻外使馆的大使和领事报告所在国的技术教育发展情况，同时委派一个特别调查委员会调查关于在各工业部门进行理论和应用科学教育的各种规定。该委员会的报告成了英国技术史上的转折点，因为从此英国将技术教育课程设进学校，也导致20世纪英国工业的高度发展。该委员会在报告中阐明了两个论点。第一，欧洲大陆各国较低的工资和工业的稳定发展使制造商在争夺市场方面能够成功与英国竞争。第二，在某些企业里，这种竞争的成功取决于经营者对应用科学的掌握，而相比之下英国不具备这种条件。例如。披露了由于价格便宜，格拉斯哥一座建筑物上采用了比利时制的铁架，比利时依靠对矿石、石灰石助溶剂和燃料进行化学分析的方法降低了铁架的生产成本；英国的纺织品被送到法国染色是因为法国的技术比英国先进。这种先进归因于法国学校的应用科学教学。英国吸取了1867年巴黎世界博览会上的失败教训后，通常意义上的学者，还有企业家们，都积极倡导科学和技术教育，尤其是支持理论科学和应用科学方面的高等教育，大力发展高等技术教育，建立一种切实可行的方法，把工厂的经验和大学教学结合起来，把车间的经验和实验室的工作结合起来。1889年，由英国皇家委员会起草的《技术教育法》(Technical Instruction Act)颁布，准许地方当局建立技术学校。一年后通过了地方性《税收法》(Taxation Act)使地方当局可以利用一大笔从关税和消费税中收到的金额(所谓的“威士忌酒钱”)来发展技术教育。该法通过后不久，莱斯特职业学院和布莱顿技术学院就建立起来了，全国的技术学院都振兴起来了。
三、技术的科学化和科学的技术化推动了技术教育的高移
