“焊接行业重点专题宣传推广月”
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0 前言
搅在经济全球化、贸易国际化的大趋势下，国际标准越来越受到世界各国的重视，在世界经济、科学技术发展中发挥着越来越重要的作用。为减少技术性贸易壁垒和适应国际贸易的需要，提高我国产品质量和技术水平，国家质量监督检验检疫总局发布了《采用国际标准管理办法》，促进采用国际标准工作的发展。国际标准代表先进工艺技术的发展水平，引进和转化国际先进标准，制定我国国家标准，将使实际生产过程管理过程更加具体、更加规范，更具可操作性，有利于保证焊接产品质量，与国际接轨，满足实际需要。
搅拌摩擦焊无需焊接填充材料，热输入及焊接变形小，接头力学性能好[1-2]，在航空航天、船舶、汽车、轨道交通及电子等行业制造领域具有重要地位[3]。该方法适用于铝合金、铜合金、镁合金等有色金属的固相焊接，其中在铝合金方面的应用最为成熟和广泛。在铝合金结构制造领域，国外很早已采用搅拌摩擦焊技术，其应用的深度和广度都领先于我国，尤其是铝合金搅拌摩擦焊已实现大规模、大范围的实际生产应用。形成的标准内容丰富、指标详细，包括国际标准化组织ISO（International Organization for Standardization）系列标准《ISO 25239—1~5: 2011搅拌摩擦焊—铝》[4-8]以及美国焊接学会AWS（American Welding Society）标准《AWSD17.3/D17.3M: 2010—航天用铝合金搅拌摩擦焊规范》[9]。
2014年，国家标准委针对铝及铝合金搅拌摩擦焊行业现状，启动了铝及铝合金搅拌摩擦焊系列标准的制订工作。《GB/T 34630—2017搅拌摩擦焊铝及铝合金》系列标准[10-14]是在深入研究铝及铝合金搅拌摩擦焊相关国内外标准的基础上，充分考虑国内铝及铝合金搅拌摩擦焊行业发展现状、趋势和企业的生产技术水平而制定，是我国首次制定的搅拌摩擦焊标准。2017年9月，该系列标准正式发布，并将于2018年4月1日起正式实施。
在此从标准适用范围、搅拌摩擦焊工艺规范、铝合金搅拌摩擦焊质量与检测要求等方面对中外搅拌摩擦焊标准进行分析，解读国家标准，对实际焊接生产具有指导意义。
1 国内外标准来源范围
国内搅拌摩擦焊标准包括系列国家标准、航天及航空行业标准等。通过调研国际上先进的搅拌摩擦焊标准，确定了借鉴性很强的两种标准：ISO国际标准和AWS标准。目前国内外搅拌摩擦焊标准来源范围如表1所示。
（1）国内标准。
推荐性国家标准具有满足基础通用性要求，对各有关行业起引领作用等重要意义，目前国内搅拌摩擦焊标准除了国标《GB/T 34630—2017搅拌摩擦焊铝及铝合金》（共5部分）外，搅拌摩擦焊行业标准有航天、航空行业标准等。航天行业标准《QJ 20043—2011铝合金中厚板搅拌摩擦焊技术要求》[15]《QJ 20044—2011铝合金搅拌摩擦焊工艺规范》[16]《QJ 20045—2011铝合金搅拌摩擦焊超声相控阵检测方法》[17]对中厚板典型铝合金搅拌摩擦焊I形对接接头相关内容进行了规范。《QJ 20494—2016铝合金薄板搅拌摩擦焊技术条件》[18]、《QJ 20495—2016铝合金薄板搅拌摩擦焊工艺规范》[19]针对薄板铝合金搅拌摩擦焊相关内容进行了规范。航空行业标准《HB/Z 416—2014航空铝合金构件搅拌摩擦焊工艺》[20]规定了航空铝合金结构件搅拌摩擦焊的相关内容。
（2）ISO 国际标准。
国际标准化组织ISO于2011年颁布了系列搅拌摩擦焊标准《ISO 25239—1~5: 2011搅拌摩擦焊—铝》共涵盖了5部分，分别是铝合金搅拌摩擦焊词汇、焊接接头的设计、焊接操作人员资格评定、焊接工艺规范与评定、质量与检验要求。统一明确规定涉及铝合金搅拌摩擦焊相关术语与定义、焊缝缺陷类别与质量等级、工艺评定方法、无损检测内容等。具体涉及铝合金搅拌摩擦焊结构设计、搅拌摩擦焊实施与检测等要求。
（3）AWS标准。
美国焊接学会标准《AWSD17.3/D17.3M: 2010——航天用铝合金搅拌摩擦焊规范》中主要包含航天用铝合金结构的设计、搅拌摩擦焊和检测等要求。
2 铝合金搅拌摩擦焊中外标准分析
2.1 不同标准适用范围对比
对国内外标准的适用范围进行对比（见表2）。中厚板铝合金搅拌摩擦焊航天行业标准《QJ 20044—2011铝合金搅拌摩擦焊工艺规范》中规定了航天产品铝合金I 形对接接头搅拌摩擦焊接工艺技术要求，包括焊接工艺条件、焊件、焊前准备、焊接、焊接缺陷的修整和返修焊及焊接检验等要求。《QJ 20043—2011铝合金中厚板搅拌摩擦焊技术要求》中规定了铝合金I形对接接头搅拌摩擦焊接的接头质量要求及焊接质量检验要求。上述两个标准适用于母材厚度3~12 mm的2A12、2A14、2219、5A03、5A06材料牌号的铝合金I形对接接头的搅拌摩擦焊。此外，在标准《QJ 20045—2011铝合金搅拌摩擦焊超声相控阵检测方法》中，规定了采用超声相控阵检测技术检测铝合金搅拌摩擦焊接头的检测要求及检测结果分级。该标准主要适用于厚度为3~15 mm的铝合金搅拌摩擦焊对接接头的检测与评定。《HB/Z 416—2014航空铝合金构件搅拌摩擦焊工艺》适用于航空铝合金结构件厚度不大于12 mm的常用铝合金牌号和状态材料的对接、搭接接头搅拌摩擦焊。规定了航空铝合金结构件搅拌摩擦焊的人员、环境、材料、焊件接头、设备与工装、工艺性鉴定、工艺参数的选择与确定、接头等级、文件管理、工艺控制、质量控制以及安全要求等。
适用于薄板的搅拌摩擦焊标准，如《QJ 20494—2016铝合金薄板搅拌摩擦焊技术条件》规定航天产品铝合金搅拌摩擦焊I形对接接头、搭接接头质量要求及焊接质量检验要求；《QJ 20495—2016铝合金薄板搅拌摩擦焊工艺规范》规定了航天产品铝合金搅拌摩擦焊I形对接接头、搭接接头的焊前准备、焊接工艺条件、焊接缺陷的修整和返修焊以及焊接检验等工艺技术要求。上述两项标准主要适用于母材厚度为0.5～3 mm的铝合金I形对接接头、搭接接头的搅拌摩擦焊。
国外标准的适用范围更加广泛，以《ISO 25239—1~5: 2011搅拌摩擦焊—铝》标准为例，该标准共涵盖了5个部分，分别是铝合金搅拌摩擦焊词汇、焊接接头的设计、焊接操作人员资格评定、焊接工艺规范与评定、质量与检验要求。标准规定了适用的铝合金搅拌磨擦焊接头形式范围包括板材的对接接头、搭接接头、搭接对接混合接头、角接接头、T形接头及管材的对接接头，未限定铝合金牌号、厚度规格。
美国焊接学会标准《AWSD17.3/D17.3M:2010——航天用铝合金搅拌摩擦焊规范》主要包含航天用铝合金结构的设计、搅拌摩擦焊和检测等要求。适用范围包括厚度大于0.152 mm的铝合金板材以及管材的搅拌摩擦焊。标准中详细说明了焊缝等级、焊缝接头设计、工艺设计和评定、操作人员的资格认证、测试方法、资格证书有效性。
2.2 铝合金搅拌摩擦焊工艺规范对比
在铝合金搅拌摩擦焊工艺规范方面，国内标准QJ 20495—2016、QJ 20044—2011中分别规定了航天产品铝合金（0.5~3 mm、3~12 mm）搅拌摩擦焊接工艺技术要求，包括人员、设备（包括搅拌摩擦焊机、搅拌头）、工装、工艺文件、环境温度与湿度、焊件、焊前准备（包括表面清理、装配、定位焊）、施焊（包括焊接工艺参数的确定、装配、定位焊）、焊接缺陷的修整和返修焊及焊接检验等要求。
标准《ISO 25239—4: 2011搅拌摩擦焊——铝焊接工艺规范与评定》中详细给出了各级工艺评定的记录格式和详细内容项目条款。初级焊接工艺规范包括：一般要求、生产厂家信息、母材类型时效方式和参考标准、母材尺寸、设备标记、搅拌工具的标记、夹紧装置、接头设计、接头处理和清理方法、焊接细节信息（如搅拌工具运动、搅拌工具位置或轴向压力、搅拌工具冷却、倾角、侧倾角、侧向偏移、起始延迟时间、结束延迟时间、接头结构、管材对接接头或搭接接头的焊缝重叠区、焊接方向）、焊接速度、焊接位置、焊前热处理、预热温度、预热保持温度、道间温度、保护气、焊后处理共计18项内容。焊接工艺试验评定包括：一般要求、试件（包括试件外形与尺寸、试件焊接）、试件的检查与试验（包括无损检测与破坏性试验范围、外观检测和合格标准、破坏性试验、补充试验）工艺评定范围（包括一般要求、生产厂家相关要求、预热温度、道间温度、其他变量）、焊接工艺评定记录。预生产焊接工艺评定包括：一般要求、试件、试件的检查和试验（包括100%外观检测和宏观检验）、评定范围、焊接工艺评定记录。《AWSD17.3/D17.3M: 2010——航天用铝合金搅拌摩擦焊规范》明确规定了焊接设备、搅拌摩擦工具、焊前准备、焊接过程、焊后处理、焊接标记、验收、检验人员、缺陷检验标准等各个细节。
2.3 铝合金搅拌摩擦焊质量与检测要求对比
在接头质量要求方面，国内标准QJ 20494—2016、QJ 20043—2011中分别规定了铝合金（0.5~3 mm、3~12 mm）搅拌摩擦焊技术条件，包括搅拌摩擦焊I形对接接头质量等级、力学性能、外观质量（包括焊缝宽度、表面下凹、飞边、起皮及匙孔、表面犁沟与表面裂纹、未焊透、表面夹杂物、焊接接头背面质量要求）、内部质量（包括根部弱结合、孔洞型缺陷、内部夹杂物、内部裂纹）、金相剖切检查以及致密性检查等要求，并明确缺陷的修整和返修焊的具体要求。将焊缝按质量等级分为一、二、三级，并规定焊缝外观、内部质量检验及合格要求、允许缺陷和尺寸偏差等。
国际标准《ISO 25239—5: 2011搅拌摩擦焊——铝质量与检测要求》中详细给出了使用搅拌摩擦焊工艺生产出符合规定质量要求产品的方法，具体包括：一般要求、焊接人员、检测和试验人员、设备（包括设备适用性、新设备、合格设备参数设定的可重复性试验、设备维护）、焊接工艺规程（WPS）、搅拌摩擦焊工具、焊前接头处理与装夹、预热与层间温度控制、定位焊、焊接、焊后热处理、检测和试验（包括一般要求、焊前检测和试验、焊接过程中检测和试验、焊后检测和试验、受损和非连续焊缝、焊缝外形校正）、标记和可查询性共计13项内容。标准中规定了搅拌摩擦焊的通用外观及内部质量要求，包括缺欠描述、检查方法、合格标准及缺欠代号，对于焊缝质量并未分级。《AWSD17.3/D17.3M: 2010——航天用铝合金搅拌摩擦焊规范》详细给出了焊接工艺评定信息、试验件测试评估测试的具体细节，包括试样的数量、类型、具体的取样位置等细节。
3 搅拌摩擦焊系列国家标准解读
3.1 标准的编制原则
为使我国铝及铝合金搅拌摩擦焊接标准体系上与国际保持一致，在参照《GB/T 3375—1994焊接术语》的基础上，使用重新起草法修改采用ISO 25239: 2011制定我国标准。分析研究ISO 25239: 2011，引进和转化国际标准，彻底解决由于我国铝合金搅拌摩擦焊标准缺失所引发的无标可循，与国际惯例不符等问题，有利于提高我国铝及铝合金搅拌摩擦焊行业整体水平。
3.2 主要内容解读及确定依据
搅拌摩擦焊国家标准针对铝合金焊接制造工程实践，完整、有效地提炼覆盖全系列铝合金、板厚规格的搅拌摩擦焊技术要求。包括：铝及铝合金术语及定义、焊接接头设计、焊接操作工的技能评定、焊接工艺规程及评定、质量与检验要求。
《GB/T 34630.1—2017搅拌摩擦焊铝及铝合金第1部分: 术语及定义》标准列出了涉及铝及铝合金搅拌摩擦焊技术原理、过程、工艺、应用的各种相关术语及定义，共39个。增加引用了《GB/T 3375焊接术语》，以便使用；增加错边的定义，引用自《GB/T 6417.1金属熔化焊接头缺欠分类及说明（GB/T 6417.1—2005，ISO 6520—1: 1998, IDT）》；增加隧道孔洞的定义；增加资料性附录汉语索引。
《GB/T 34630.2—2017搅拌摩擦焊铝及铝合金第2部分焊接接头设计》规定了搅拌摩擦焊接接头设计要求，并给出了部分焊接接头类型示例以及应详细规定的焊接接头信息。焊接接头设计的附加信息包括：基本信息、焊件尺寸、焊接操作工的资质、焊接工艺评定、检验。增加了资料性附录A铝合金型材搅拌摩擦焊常用接头形式；增加了对接焊接接头装配（如根部间隙、错边等）要求规定；增加GB/T 3375《焊接术语》，并用我国相关国家标准代替对应的国际标准，便于使用。
《GB/T 34630.3—2017搅拌摩擦焊铝及铝合金第3部分焊接操作工的技能评定》规定了铝及铝合金搅拌摩擦焊接操作工技能评定、技能评定的主要参数及认可范围、技能评定方法、试验及检验、考试记录等相关内容。同时将ISO 25239—3: 2011标准中的资料性附录A（焊接设备功能方面的操作知识）和资料性附录B（焊接专业知识）进行转化。
焊接操作工技能评定方面规定了技能评定的具体方法以及附加的设备方面知识考试、专业知识考试等推荐内容。技能评定的主要参数及认可范围方面规定了搅拌摩擦焊接方法、焊接设备、母材、接头形状和尺寸等主要参数及其认可范围。技能评定方法方面包括基于标准焊接试验的技能评定、基于焊接工艺评定试验的技能评定、基于预生产焊接试验或生产焊接试验的技能评定、基于产品抽样焊接试验的资格评定。试验及检验包括目视检验、无损检验、破坏性试验等的检验方法和合格标准以及复试方法等相关信息。同时，标准规定了铝及铝合金搅拌摩擦焊接操作工技能评定考试的证书及有效期等相关内容，并给出了推荐的搅拌摩擦焊接焊工技能评定证书格式。同时将ISO 25239—3: 2011标准中的资料性附录C（搅拌摩擦焊焊接操作工资格证书）进行转化。增加了GB/T 3375《焊接术语》，用我国相关国家标准代替对应的国际标准。
《GB/T 34630.4—2017搅拌摩擦焊铝及铝合金第4部分焊接工艺规程及评定》规定了铝及铝合金搅拌摩擦焊预焊接工艺规程的内容，焊接工艺评定的试件型式、焊接、试验与检测、认可范围。适用于铝及铝合金搅拌摩擦焊接工艺规程的编制及焊接工艺评定方法。增加了GB/T 3375《焊接术语》，用我国相关国家标准代替对应的国际标准。
（1）预焊接工艺规程的编制。
焊接工艺评定应在实际焊接生产之前进行。规定焊接工艺预规程的技术内容，包括：制造商信息、母材种类、时效方式、参考标准、母材尺寸、设备标识、搅拌头的标识、装卡设置、接头设计、接头制备、清理方法、焊接细节信息、焊接位置、焊前热处理、预热温度、预热维持温度、道间温度、保护气体、焊后处理等。同时给出了资料性附录A焊接工艺预规程（pWPS）格式。
（2）焊接工艺评定。
规定焊接工艺评定相关内容，包括：试件、试件的试验及检验、认可范围。其中试件包括全焊透的板对接焊缝、管对接焊缝、搭接接头。试验及检验包括无损检测（NDT）与破坏性试验，包括对接与搭接接头试验所需进行的检查和测试类别、范围、取样位置、合格等级及所参照的标准等，还提供了不满足要求时需要如何进行复试的说明。同时给出基于焊接工艺评定试验的工艺评定所需参照的资料性附录D焊接工艺评定报告的格式。并将ISO标准中抗拉强度使用的符号“σmin,w、σmin,pm”按照GB/T 2651改为Rm,min,w、Rm,min,pm表示。
（3）基于预生产焊接试验的工艺评定。
规定基于预生产焊接试验的工艺评定相关内容，包括：试件、试件的试验及检验、认可范围。同时给出了基于预生产焊接试验的工艺评定所需参照的资料性附录D焊接工艺评定报告的格式。
《GB/T 34630.5—2017搅拌摩擦焊铝及铝合金第5部分质量与检验要求》规定了搅拌摩擦焊所涉及的质量与检验要求。包括焊接人员、检验及检验人员、设备、焊接工艺规程、搅拌头、接头制备及组对、预热温度与道间温度控制、定位焊、施焊、焊后热处理、试验及检验、标记和可追溯性等相关内容。增加了GB/T 3375《焊接术语》，用我国相关国家标准代替对应的国际标准。
其中试验和检验部分给出了焊后应进行的各种检验方法以及应参照的执行标准。同时，标准中转化规定了规范性附录A缺欠、试验和检查、合格标准以及GB/T 6417.1参考代号，以促进搅拌摩擦焊从业人员对缺欠、试验、检查合格标准等方面的理解和认识。给出了搅拌摩擦焊常见缺欠，包括：未焊透、下塌、飞边、错边、表面下凹、焊缝宽度不齐、表面不规则、孔穴、界面曲钩等的缺欠描述、检查方法、合格标准及缺欠代号。同时补充了UT、RT、PT无损检测方法，补充了未焊透的缺欠代号、表面沟槽缺欠的描述、检测方法和合格标准。
3.3 贯彻国家标准的措施建议
搅拌摩擦焊国家标准是全国范围内的技术基础标准，具有各行业基础通用性，铝及铝合金搅拌摩擦焊标准统一规定了相关规范，指导铝合金搅拌摩擦焊接实施工作，便于铝及铝合金搅拌摩擦焊接技术在我国各个行业中的推广。标准在实施过程中应在搅拌摩擦焊从业人员中进行全面贯彻，以促进相关从业人员理解和掌握搅拌摩擦焊技术。此外，检验检测人员、设计人员不仅应具备结构、材料、热处理及焊接等方面的知识，还应该充分理解标准、规范的涵义。
另外，该国家标准规定的是普遍适用的操作工技能评定、焊接工艺规程及评定、焊接质量与检验原则及方法，各行业及企业在标准使用过程中，可根据各自产品特点进行必要的补充或筛选。同时，由于新材料和智能制造技术的不断发展，在标准实施过程中亦根据需要做必要的相关补充。
4 结论
（1）国外铝合金搅拌摩擦焊标准主要包括ISO标准以及AWS标准。引进和转化国际先进标准，制定我国国家标准，有利于提升企业国际化水准，规范生产过程，保证焊接质量，促进企业产品与国际接轨。
（2）从标准适用范围、搅拌摩擦焊工艺规范、铝合金搅拌摩擦焊质量与检测要求等方面分析中外标准，有利于理解和指导实际生产过程。
（3）搅拌摩擦焊国家标准针对铝合金焊接制造工程实践，完整、有效地提炼覆盖全系列铝合金、板厚规格的搅拌摩擦焊技术要求。解读该国家标准，对实际焊接生产具有重要的指导意义。
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本文来源：《电焊机》杂志2018年第3期
原文标题：搅拌摩擦焊中外标准分析及国家标准解读
作者：赵慧慧，尹玉环，夏佩云，胡蓝，许辉，高嘉爽（上海航天设备制造总厂有限公司）
