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[摘 要]目前，薄壁奥氏体不锈钢管对接制造的设备在医疗，化工，食品设备中得到广泛应用，其焊接由于设备，操作，工艺等各方面因素。在制造过程中普遍存在外观形成差，内壁成形差，焊穿及内凹等多种焊接缺陷。不仅影响外观，还会降低设备的安全可靠性。
[关键词]焊接变形 焊接缺陷 制造 质量
中图分类号：TP51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）33-0364-02
随着社会的不断发展，焊接技术不断日新月异。不锈钢薄壁管的焊接技术越来越成熟，但在现实操作过程中还会出现，外观成形差，焊接质量不合格等诸多缺陷。参加的奥氏体不锈钢管对接焊接，，在这里我希望和大家一起探讨一下。
1.焊接变形的原因
1.1 焊接残余应力
对所有熔化式焊接，在焊缝及其热影响区都存在较大的残余应力，残余应力的存在会导致焊接构件的变形、开裂并降低其承载力；同时，在焊缝的焊趾部位还存在凹坑、余高、咬边造成的应力集中；而焊趾出的熔渣缺陷、微裂纹又形成了裂纹的提前萌生源。由于受残余拉应力、应力集中和裂纹萌生源的影响，焊接接头的疲劳寿命大大降低。
残余应力都集中在焊缝附近，当焊接残余应力与承载的工作应力叠加，其数值超过材料的屈服极限时，工件就会再焊缝附近产生焊接变形，断裂等现象。研究残余应力的影响不仅考虑其数值的大小，而残余应力的方向也是重要因素，用盲孔法残余应力检测仪可以对焊接残余应力值的大小和方向进行测量。在分析残余应力的影响时，即使焊接构件的残余应力值远远低于其材料的屈服极限，但如果存在严重的应力集中，那么焊接构件在其运输和使用过程中也会因残余应力的释放而发生永久性的塑性变形。
1.2 防止焊接变形的方法
通过消除焊缝及其热影响区残余应力，解决应力集中的问题，可以达到防止焊接变形的目的。
消除残余应力的方法很多，但目前用得较多的是豪克能消除应力的方法，它是最彻底消除焊接应力的方法，它不仅使残余应力的消除率达到80～100%，而且还能产生理想的压应力，这对焊接构件的抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能也大有益处。
豪克能消除焊接应力，防止焊接变形的原理是利用大功率的豪克能推动冲击工具以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面，由于豪克能的高频、高效和聚焦下的大能量，使金属表层产生较大的压缩塑性变形；同时豪克能冲击波改变了原有的应力场，产生一定数值的压应力，并使被冲击部位得以强化，防止焊接变形和焊缝开裂。
2.减小焊接变形的方法
2.1 工艺上减小变形的主要方法
2.1.1 选择合理的焊接顺序
2.1.2 尽可能用对称焊缝（如工字形截面）
2.1.3 采用反变形法
2.2 焊接过程中控制变形的主要措施
2.2.1 采用反变形
2.2.2 采用小锤锤击中间焊道
2.2.3 采用合理的焊接顺序
2.2.4 利用工卡具刚性固定
2.2.5 分析回弹常数。
3.焊接缺陷
3.1 缺陷分类
3.1.1 外观缺陷
3.1.1.1 外观缺陷（表面缺陷）
外观缺陷（表面缺陷）是指不用借助于仪器，从工件表面可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹。单面焊的根部未焊透等。
3.1.1.1.1 咬邊
咬边是指沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽， 它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。产生咬边的主要原因是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置（立、横、仰）会加剧咬边。
咬边减小了母材的有效截面积，降低结构的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹源。
矫正操作姿势，选用合理的规范，采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。
3.1.1.1.2 焊瘤
焊瘤是焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳（如偏芯），焊接電源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。
焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷，易导致裂纹。同时，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径，可能造成流动物堵塞。
防止焊瘤的措施：使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。
3.1.1.1.3 凹坑
凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。
凹坑多是由于收弧时焊条（焊丝）未作短时间停留造成的（此时的凹坑称为弧坑），仰立、横焊时，常在焊缝背面根部产生内凹。
凹坑减小了焊缝的有效截面积，弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。
防止凹坑的措施：选用有电流衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。
3.1.1.1.4 未焊满
未焊满是指焊缝表面上连续的或断续的沟槽。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太弱，焊条过细，运条不当等会导致未焊满。
未焊满同样削弱了焊缝，容易产生应力集中，同时，由于规范太弱使冷却速度增大，容易带来气孔、裂纹等。 防止未焊满的措施：加大焊接电流，加焊盖面焊缝。
3.1.1.1.5 烧穿
烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺。
焊接电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷。工件间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。
烧穿是锅炉压力容器产品上不允许存在的缺陷，它完全破坏了焊缝，使接头丧失其联接飞及承载能力。
选用较小电流并配合合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药垫，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。
3.1.2 气孔和夹渣
3.1.2.1 气孔
气孔是指焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。
3.1.2.1.1 产生气孔的主要原因
母材或填充金属表面有锈、油污等，焊条及焊剂未烘干会增加气孔量，因为锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体，增加了高温金属中气体的含量。焊接线能量过小，熔池冷却速度大，不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。
3.1.2.1.2 气孔的危害
气孔减少了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。
3.1.2.1.3 防止气孔的措施
a.清除焊丝，工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。
b.采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干。
c.采用直流反接并用短电弧施焊。
d.焊前预热，减缓冷却速度。
e.用偏强的规范施焊。
3.1.3 裂纹
焊缝中原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。
3.1.3.1 裂纹的分类
3.1.3.1.1 根据裂纹尺寸大小分类
a宏观裂纹：肉眼可见的裂纹。
b微观裂纹：在显微镜下才能发现。
c超显微裂纹：在高倍数显微镜下才能发现，一般指晶间裂纹和晶内裂纹。
3.1.3.1.2 从产生温度分类
a热裂纹：产生于Ac3线附近的裂纹。一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹。这种二裂纹主要发生在晶界，裂纹面上有氧化色彩，失去金属光泽。
按裂纹产生的原因分，又可把裂纹分为： 再热裂纹：接头冷却后再加热至500～700℃时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化的材料（如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金属）的焊接热影响区内的粗晶区，一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展，呈晶间开裂特征。
b冷裂纹：指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间（几小时，几天甚至更长）才出现，故又称延迟裂纹。
（1）冷裂纹的特征a.产生于较低温度，且产生于焊后一段时间以后，故又称延迟裂纹。b.主要产生于热影响区，也有发生在焊缝区的。c.冷裂纹可能是沿晶开裂，穿晶开裂或两者混合出现。d.冷裂纹引起的构件破坏是典型的脆断。
（2）冷裂纹产生机理a.瘁硬组织（马氏体）减小了金属的塑性储备。b.接头的残余应力使焊缝受拉。c.接头内有一定的含氢量。
含氢量和拉应力是冷裂纹（这里指氢致裂纹）产生的两个重要因素。一般来说，金属内部原子的排列并非完全有序的，而是有许多微观缺陷。在拉应力的作用下，氢向高应力区（缺陷部位）扩散聚集。当氢聚集到一定浓度时，就会破坏金属中原子的结合键，金属内就出现一些微观裂纹。应力不断作用，氢不断地聚集，微观裂纹不断地扩展，直致发展为宏观裂纹，最后断裂。决定冷裂纹的产生与否，有一个临界的含氢量和一个临界的应力值o当接头内氢的浓度小于临界含氢量，或所受应力小于临界应力时，将不会产生冷裂纹（即延迟时间无限长）。在所有的裂纹中，冷裂纹的危害性最大。
（3）防止冷裂纹的措施a.采用低氢型碱性焊条，严格烘干，在100～150℃下保存，随取随用。b.提高预热温度，采用后热措施，并保证层间温度不小于预热温度，选择合理的焊接规范，避免焊缝中出现洋硬组织c.选用合理的焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力d.焊后及时进行消氢热处理。
c层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中，将硫化物（MnS）、硅酸盐类等杂质夹在其中，形成各向异性。在焊接应力或外拘束應力的使用下，金属沿轧制方向的杂物开裂。
3.1.3.2 裂纹的危害
裂纹，尤其是冷裂纹，带来的危害是灾难性的。世界上的压力容器事故除极少数是由于设计不合理，选材不当的原因引起的以外，绝大部分是由于裂紋引起的脆性破坏。
4 综述
通过本次论文课题的研究，我积累了经验，增长了知识。我们发现在设备制造特别是焊接使用最多要求最高的压力容器制造中，各类焊缝的焊接在不同情况下，都有产生焊接缺陷的可能。我们只有提前对这些可能产生缺陷的可能性在之前进行工艺干预或者提前做好各类准备工作，焊接过程中严格规范的执行，焊后进行必要的检验检测，才能做到焊接质量的全控制。
参考文献
[1] 朱张校，姚可夫.工程材料（第四版）.
[2] 王知行，邓宗全.机械原理（第二版）.
[3] 邓文英，郭晓鹏.金属工艺学（第五版）.
[4] 上海焊接学会.现代焊接生产手册.
[5] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].1版.
[6] 国家技术监督局.GB 150.
[7] 国家机械工业局.JB/4708 JB/4709 JB/4744.
[8] 唐琼.压力容器的开孔补强快速判别[J].淮南师范学院学报.2010（03）.
[9] 臧志辉.等面积法及其应用[J].山东煤炭科技.2010（03）.
[10] 国家标准.<<钢制压力容器>>.GB150-1998.
[关键词]焊接变形 焊接缺陷 制造 质量
中图分类号：TP51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）33-0364-02
随着社会的不断发展，焊接技术不断日新月异。不锈钢薄壁管的焊接技术越来越成熟，但在现实操作过程中还会出现，外观成形差，焊接质量不合格等诸多缺陷。参加的奥氏体不锈钢管对接焊接，，在这里我希望和大家一起探讨一下。
1.焊接变形的原因
1.1 焊接残余应力
对所有熔化式焊接，在焊缝及其热影响区都存在较大的残余应力，残余应力的存在会导致焊接构件的变形、开裂并降低其承载力；同时，在焊缝的焊趾部位还存在凹坑、余高、咬边造成的应力集中；而焊趾出的熔渣缺陷、微裂纹又形成了裂纹的提前萌生源。由于受残余拉应力、应力集中和裂纹萌生源的影响，焊接接头的疲劳寿命大大降低。
残余应力都集中在焊缝附近，当焊接残余应力与承载的工作应力叠加，其数值超过材料的屈服极限时，工件就会再焊缝附近产生焊接变形，断裂等现象。研究残余应力的影响不仅考虑其数值的大小，而残余应力的方向也是重要因素，用盲孔法残余应力检测仪可以对焊接残余应力值的大小和方向进行测量。在分析残余应力的影响时，即使焊接构件的残余应力值远远低于其材料的屈服极限，但如果存在严重的应力集中，那么焊接构件在其运输和使用过程中也会因残余应力的释放而发生永久性的塑性变形。
1.2 防止焊接变形的方法
通过消除焊缝及其热影响区残余应力，解决应力集中的问题，可以达到防止焊接变形的目的。
消除残余应力的方法很多，但目前用得较多的是豪克能消除应力的方法，它是最彻底消除焊接应力的方法，它不仅使残余应力的消除率达到80～100%，而且还能产生理想的压应力，这对焊接构件的抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能也大有益处。
豪克能消除焊接应力，防止焊接变形的原理是利用大功率的豪克能推动冲击工具以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面，由于豪克能的高频、高效和聚焦下的大能量，使金属表层产生较大的压缩塑性变形；同时豪克能冲击波改变了原有的应力场，产生一定数值的压应力，并使被冲击部位得以强化，防止焊接变形和焊缝开裂。
2.减小焊接变形的方法
2.1 工艺上减小变形的主要方法
2.1.1 选择合理的焊接顺序
2.1.2 尽可能用对称焊缝（如工字形截面）
2.1.3 采用反变形法
2.2 焊接过程中控制变形的主要措施
2.2.1 采用反变形
2.2.2 采用小锤锤击中间焊道
2.2.3 采用合理的焊接顺序
2.2.4 利用工卡具刚性固定
2.2.5 分析回弹常数。
3.焊接缺陷
3.1 缺陷分类
3.1.1 外观缺陷
3.1.1.1 外观缺陷（表面缺陷）
外观缺陷（表面缺陷）是指不用借助于仪器，从工件表面可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹。单面焊的根部未焊透等。
3.1.1.1.1 咬邊
咬边是指沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽， 它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。产生咬边的主要原因是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。直流焊时电弧的磁偏吹也是产生咬边的一个原因。某些焊接位置（立、横、仰）会加剧咬边。
咬边减小了母材的有效截面积，降低结构的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹源。
矫正操作姿势，选用合理的规范，采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时，用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。
3.1.1.1.2 焊瘤
焊瘤是焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊条质量欠佳（如偏芯），焊接電源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更易形成焊瘤。
焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷，易导致裂纹。同时，焊瘤改变了焊缝的实际尺寸，会带来应力集中。管子内部的焊瘤减小了它的内径，可能造成流动物堵塞。
防止焊瘤的措施：使焊缝处于平焊位置，正确选用规范，选用无偏芯焊条，合理操作。
3.1.1.1.3 凹坑
凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。
凹坑多是由于收弧时焊条（焊丝）未作短时间停留造成的（此时的凹坑称为弧坑），仰立、横焊时，常在焊缝背面根部产生内凹。
凹坑减小了焊缝的有效截面积，弧坑常带有弧坑裂纹和弧坑缩孔。
防止凹坑的措施：选用有电流衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在熔池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。
3.1.1.1.4 未焊满
未焊满是指焊缝表面上连续的或断续的沟槽。填充金属不足是产生未焊满的根本原因。规范太弱，焊条过细，运条不当等会导致未焊满。
未焊满同样削弱了焊缝，容易产生应力集中，同时，由于规范太弱使冷却速度增大，容易带来气孔、裂纹等。 防止未焊满的措施：加大焊接电流，加焊盖面焊缝。
3.1.1.1.5 烧穿
烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺。
焊接电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷。工件间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。
烧穿是锅炉压力容器产品上不允许存在的缺陷，它完全破坏了焊缝，使接头丧失其联接飞及承载能力。
选用较小电流并配合合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药垫，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。
3.1.2 气孔和夹渣
3.1.2.1 气孔
气孔是指焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。
3.1.2.1.1 产生气孔的主要原因
母材或填充金属表面有锈、油污等，焊条及焊剂未烘干会增加气孔量，因为锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解为气体，增加了高温金属中气体的含量。焊接线能量过小，熔池冷却速度大，不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。
3.1.2.1.2 气孔的危害
气孔减少了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。
3.1.2.1.3 防止气孔的措施
a.清除焊丝，工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。
b.采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干。
c.采用直流反接并用短电弧施焊。
d.焊前预热，减缓冷却速度。
e.用偏强的规范施焊。
3.1.3 裂纹
焊缝中原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。
3.1.3.1 裂纹的分类
3.1.3.1.1 根据裂纹尺寸大小分类
a宏观裂纹：肉眼可见的裂纹。
b微观裂纹：在显微镜下才能发现。
c超显微裂纹：在高倍数显微镜下才能发现，一般指晶间裂纹和晶内裂纹。
3.1.3.1.2 从产生温度分类
a热裂纹：产生于Ac3线附近的裂纹。一般是焊接完毕即出现，又称结晶裂纹。这种二裂纹主要发生在晶界，裂纹面上有氧化色彩，失去金属光泽。
按裂纹产生的原因分，又可把裂纹分为： 再热裂纹：接头冷却后再加热至500～700℃时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化的材料（如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金属）的焊接热影响区内的粗晶区，一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展，呈晶间开裂特征。
b冷裂纹：指在焊毕冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间（几小时，几天甚至更长）才出现，故又称延迟裂纹。
（1）冷裂纹的特征a.产生于较低温度，且产生于焊后一段时间以后，故又称延迟裂纹。b.主要产生于热影响区，也有发生在焊缝区的。c.冷裂纹可能是沿晶开裂，穿晶开裂或两者混合出现。d.冷裂纹引起的构件破坏是典型的脆断。
（2）冷裂纹产生机理a.瘁硬组织（马氏体）减小了金属的塑性储备。b.接头的残余应力使焊缝受拉。c.接头内有一定的含氢量。
含氢量和拉应力是冷裂纹（这里指氢致裂纹）产生的两个重要因素。一般来说，金属内部原子的排列并非完全有序的，而是有许多微观缺陷。在拉应力的作用下，氢向高应力区（缺陷部位）扩散聚集。当氢聚集到一定浓度时，就会破坏金属中原子的结合键，金属内就出现一些微观裂纹。应力不断作用，氢不断地聚集，微观裂纹不断地扩展，直致发展为宏观裂纹，最后断裂。决定冷裂纹的产生与否，有一个临界的含氢量和一个临界的应力值o当接头内氢的浓度小于临界含氢量，或所受应力小于临界应力时，将不会产生冷裂纹（即延迟时间无限长）。在所有的裂纹中，冷裂纹的危害性最大。
（3）防止冷裂纹的措施a.采用低氢型碱性焊条，严格烘干，在100～150℃下保存，随取随用。b.提高预热温度，采用后热措施，并保证层间温度不小于预热温度，选择合理的焊接规范，避免焊缝中出现洋硬组织c.选用合理的焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力d.焊后及时进行消氢热处理。
c层状撕裂主要是由于钢材在轧制过程中，将硫化物（MnS）、硅酸盐类等杂质夹在其中，形成各向异性。在焊接应力或外拘束應力的使用下，金属沿轧制方向的杂物开裂。
3.1.3.2 裂纹的危害
裂纹，尤其是冷裂纹，带来的危害是灾难性的。世界上的压力容器事故除极少数是由于设计不合理，选材不当的原因引起的以外，绝大部分是由于裂紋引起的脆性破坏。
4 综述
通过本次论文课题的研究，我积累了经验，增长了知识。我们发现在设备制造特别是焊接使用最多要求最高的压力容器制造中，各类焊缝的焊接在不同情况下，都有产生焊接缺陷的可能。我们只有提前对这些可能产生缺陷的可能性在之前进行工艺干预或者提前做好各类准备工作，焊接过程中严格规范的执行，焊后进行必要的检验检测，才能做到焊接质量的全控制。
参考文献
[1] 朱张校，姚可夫.工程材料（第四版）.
[2] 王知行，邓宗全.机械原理（第二版）.
[3] 邓文英，郭晓鹏.金属工艺学（第五版）.
[4] 上海焊接学会.现代焊接生产手册.
[5] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].1版.
[6] 国家技术监督局.GB 150.
[7] 国家机械工业局.JB/4708 JB/4709 JB/4744.
[8] 唐琼.压力容器的开孔补强快速判别[J].淮南师范学院学报.2010（03）.
[9] 臧志辉.等面积法及其应用[J].山东煤炭科技.2010（03）.
[10] 国家标准.<<钢制压力容器>>.GB150-1998.