攪拌摩擦焊中外標準分析及國家標準解讀

趙慧慧，尹玉環，夏佩云，胡 藍，許 輝，高嘉爽

（上海航天設備制造總廠有限公司，上海200245）

0 前言

在經濟全球化、貿易國際化的大趨勢下，國際標準越來越受到世界各國的重視，在世界經濟、科學技術發展中發揮著越來越重要的作用。為減少技術性貿易壁壘和適應國際貿易的需要，提高我國產品質量和技術水平，國家質量監督檢驗檢疫總局發布了《采用國際標準管理辦法》，促進采用國際標準工作的發展。國際標準代表先進工藝技術的發展水平，引進和轉化國際先進標準，制定我國國家標準，將使實際生產過程管理過程更加具體、更加規范，更具可操作性，有利于保證焊接產品質量，與國際接軌，滿足實際需要。

攪拌摩擦焊無需焊接填充材料，熱輸入及焊接變形小，接頭力學性能好[1-2]，在航空航天、船舶、汽車、軌道交通及電子等行業制造領域具有重要地位[3]。該方法適用于鋁合金、銅合金、鎂合金等有色金屬的固相焊接，其中在鋁合金方面的應用最為成熟和廣泛。在鋁合金結構制造領域，國外很早已采用攪拌摩擦焊技術，其應用的深度和廣度都領先于我國，尤其是鋁合金攪拌摩擦焊已實現大規模、大范圍的實際生產應用。形成的標準內容豐富、指標詳細，包括國際標準化組織ISO（International Organization for Standardization）系列標準《ISO25239-1～5：2011 攪拌摩擦焊—鋁》[4-8]以及美國焊接學會AWS（American Welding Society）標準《AWSD17.3/D17.3M：2010-航天用鋁合金攪拌摩擦焊規范》[9]。

2014年，國家標準委針對鋁及鋁合金攪拌摩擦焊行業現狀，啟動了鋁及鋁合金攪拌摩擦焊系列標準的制訂工作。《GB/T34630-2017攪拌摩擦焊鋁及鋁合金》系列標準[10-14]是在深入研究鋁及鋁合金攪拌摩擦焊相關國內外標準的基礎上，充分考慮國內鋁及鋁合金攪拌摩擦焊行業發展現狀、趨勢和企業的生產技術水平而制定，是我國首次制定的攪拌摩擦焊標準。2017年9月，該系列標準正式發布，并將于2018年4月1日起正式實施。

在此從標準適用范圍、攪拌摩擦焊工藝規范、鋁合金攪拌摩擦焊質量與檢測要求等方面對中外攪拌摩擦焊標準進行分析，解讀國家標準，對實際焊接生產具有指導意義。

1 國內外標準來源范圍

國內攪拌摩擦焊標準包括系列國家標準、航天及航空行業標準等。通過調研國際上先進的攪拌摩擦焊標準，確定了借鑒性很強的兩種標準：ISO國際標準和AWS標準。目前國內外攪拌摩擦焊標準來源范圍如表1所示。

（1）國內標準。

表1 目前國內外攪拌摩擦焊標準來源范圍

推薦性國家標準具有滿足基礎通用性要求，對各有關行業起引領作用等重要意義，目前國內攪拌摩擦焊標準除了國標《GB/T34630-2017攪拌摩擦焊鋁及鋁合金》（共5部分）外，攪拌摩擦焊行業標準有航天、航空行業標準等。航天行業標準《QJ 20043-2011鋁合金中厚板攪拌摩擦焊技術要求》[15]《QJ 20044-2011鋁合金攪拌摩擦焊工藝規范》[16]《QJ 20045-2011鋁合金攪拌摩擦焊超聲相控陣檢測方法》[17]對中厚板典型鋁合金攪拌摩擦焊I形對接接頭相關內容進行了規范。《QJ 20494-2016鋁合金薄板攪拌摩擦焊技術條件》[18]、《QJ 20495-2016鋁合金薄板攪拌摩擦焊工藝規范》[19]針對薄板鋁合金攪拌摩擦焊相關內容進行了規范。航空行業標準《HB/Z 416-2014航空鋁合金構件攪拌摩擦焊工藝》[20]規定了航空鋁合金結構件攪拌摩擦焊的相關內容。

（2）ISO國際標準。

黃昏時依然沒有老人的消息，呼倫有一種大難臨頭的預感。把電話打到鄉下問老丈人，老丈人說她沒回來啊。放下電話，呼倫再也坐不住了，他對云夢說要不我們先報警吧？云夢白著臉說先報警先報警……要是我媽有什么意外，我先把你千刀萬剮！

國際標準化組織ISO于2011年頒布了系列攪拌摩擦焊標準《ISO25239-1～5-2011攪拌摩擦焊—鋁》共涵蓋了5部分，分別是鋁合金攪拌摩擦焊詞匯、焊接接頭的設計、焊接操作人員資格評定、焊接工藝規范與評定、質量與檢驗要求。統一明確規定涉及鋁合金攪拌摩擦焊相關術語與定義、焊縫缺陷類別與質量等級、工藝評定方法、無損檢測內容等。具體涉及鋁合金攪拌摩擦焊結構設計、攪拌摩擦焊實施與檢測等要求。

（3）AWS標準。

美國焊接學會標準《AWSD17.3/D17.3M：2010-航天用鋁合金攪拌摩擦焊規范》中主要包含航天用鋁合金結構的設計、攪拌摩擦焊和檢測等要求。

2 鋁合金攪拌摩擦焊中外標準分析

2.1 不同標準適用范圍對比

對國內外標準的適用范圍進行對比（見表2）。中厚板鋁合金攪拌摩擦焊航天行業標準《QJ20044-2011鋁合金攪拌摩擦焊工藝規范》中規定了航天產品鋁合金I形對接接頭攪拌摩擦焊接工藝技術要求，包括焊接工藝條件、焊件、焊前準備、焊接、焊接缺陷的修整和返修焊及焊接檢驗等要求。《QJ20043-2011鋁合金中厚板攪拌摩擦焊技術要求》中規定了鋁合金I形對接接頭攪拌摩擦焊接的接頭質量要求及焊接質量檢驗要求。上述兩個標準適用于母材厚度 3～12 mm 的 2A12、2A14、2219、5A03、5A06 材料牌號的鋁合金I形對接接頭的攪拌摩擦焊。此外，在標準《QJ20045-2011鋁合金攪拌摩擦焊超聲相控陣檢測方法》中，規定了采用超聲相控陣檢測技術檢測鋁合金攪拌摩擦焊接頭的檢測要求及檢測結果分級。該標準主要適用于厚度為3～15 mm的鋁合金攪拌摩擦焊對接接頭的檢測與評定。《HB/Z 416-2014航空鋁合金構件攪拌摩擦焊工藝》適用于航空鋁合金結構件厚度不大于12 mm的常用鋁合金牌號和狀態材料的對接、搭接接頭攪拌摩擦焊。規定了航空鋁合金結構件攪拌摩擦焊的人員、環境、材料、焊件接頭、設備與工裝、工藝性鑒定、工藝參數的選擇與確定、接頭等級、文件管理、工藝控制、質量控制以及安全要求等。

表2 國內外標準的適用范圍

適用于薄板的攪拌摩擦焊標準，如《QJ 20494-2016鋁合金薄板攪拌摩擦焊技術條件》規定航天產品鋁合金攪拌摩擦焊I形對接接頭、搭接接頭質量要求及焊接質量檢驗要求；《QJ 20495-2016鋁合金薄板攪拌摩擦焊工藝規范》規定了航天產品鋁合金攪拌摩擦焊I形對接接頭、搭接接頭的焊前準備、焊接工藝條件、焊接缺陷的修整和返修焊以及焊接檢驗等工藝技術要求。上述兩項標準主要適用于母材厚度為0.5～3 mm的鋁合金I形對接接頭、搭接接頭的攪拌摩擦焊。

國外標準的適用范圍更加廣泛，以《SO25239-1～5：2011攪拌摩擦焊—鋁》標準為例，該標準共涵蓋了5個部分，分別是鋁合金攪拌摩擦焊詞匯、焊接接頭的設計、焊接操作人員資格評定、焊接工藝規范與評定、質量與檢驗要求。標準規定了適用的鋁合金攪拌磨擦焊接頭形式范圍包括板材的對接接頭、搭接接頭、搭接對接混合接頭、角接接頭、T形接頭及管材的對接接頭，未限定鋁合金牌號、厚度規格。

美國焊接學會標準《AWSD17.3/D17.3M：2010-航天用鋁合金攪拌摩擦焊規范》主要包含航天用鋁合金結構的設計、攪拌摩擦焊和檢測等要求。適用范圍包括厚度大于0.152 mm的鋁合金板材以及管材的攪拌摩擦焊。標準中詳細說明了焊縫等級、焊縫接頭設計、工藝設計和評定、操作人員的資格認證、測試方法、資格證書有效性。

2.2 鋁合金攪拌摩擦焊工藝規范對比

在鋁合金攪拌摩擦焊工藝規范方面，國內標準QJ 20495-2016、QJ20044-2011中分別規定了航天產品鋁合金（0.5～3 mm、3～12 mm）攪拌摩擦焊接工藝技術要求，包括人員、設備（包括攪拌摩擦焊機、攪拌頭）、工裝、工藝文件、環境溫度與濕度、焊件、焊前準備（包括表面清理、裝配、定位焊）、施焊（包括焊接工藝參數的確定、裝配、定位焊）、焊接缺陷的修整和返修焊及焊接檢驗等要求。

標準《ISO 25239-4：2011攪拌摩擦焊—鋁 焊接工藝規范與評定》中詳細給出了各級工藝評定的記錄格式和詳細內容項目條款。初級焊接工藝規范包括：一般要求、生產廠家信息、母材類型時效方式和參考標準、母材尺寸、設備標記、攪拌工具的標記、夾緊裝置、接頭設計、接頭處理和清理方法、焊接細節信息（如攪拌工具運動、攪拌工具位置或軸向壓力、攪拌工具冷卻、傾角、側傾角、側向偏移、起始延遲時間、結束延遲時間、接頭結構、管材對接接頭或搭接接頭的焊縫重疊區、焊接方向）、焊接速度、焊接位置、焊前熱處理、預熱溫度、預熱保持溫度、道間溫度、保護氣、焊后處理共計18項內容。焊接工藝試驗評定包括：一般要求、試件（包括試件外形與尺寸、試件焊接）、試件的檢查與試驗（包括無損檢測與破壞性試驗范圍、外觀檢測和合格標準、破壞性試驗、補充試驗）工藝評定范圍（包括一般要求、生產廠家相關要求、預熱溫度、道間溫度、其他變量）、焊接工藝評定記錄。預生產焊接工藝評定包括：一般要求、試件、試件的檢查和試驗（包括100%外觀檢測和宏觀檢驗）、評定范圍、焊接工藝評定記錄。《AWSD17.3/D17.3M：2010-航天用鋁合金攪拌摩擦焊規范》明確規定了焊接設備、攪拌摩擦工具、焊前準備、焊接過程、焊后處理、焊接標記、驗收、檢驗人員、缺陷檢驗標準等各個細節。

2.3 鋁合金攪拌摩擦焊質量與檢測要求對比

國際標準《ISO 25239-5：2011攪拌摩擦焊—鋁質量與檢測要求》中詳細給出了使用攪拌摩擦焊工藝生產出符合規定質量要求產品的方法，具體包括：一般要求、焊接人員、檢測和試驗人員、設備（包括設備適用性、新設備、合格設備參數設定的可重復性試驗、設備維護）、焊接工藝規程（WPS）、攪拌摩擦焊工具、焊前接頭處理與裝夾、預熱與層間溫度控制、定位焊、焊接、焊后熱處理、檢測和試驗（包括一般要求、焊前檢測和試驗、焊接過程中檢測和試驗、焊后檢測和試驗、受損和非連續焊縫、焊縫外形校正）、標記和可查詢性共計13項內容。標準中規定了攪拌摩擦焊的通用外觀及內部質量要求，包括缺欠描述、檢查方法、合格標準及缺欠代號，對于焊縫質量并未分級。《AWSD17.3/D17.3M：2010-航天用鋁合金攪拌摩擦焊規范》詳細給出了焊接工藝評定信息、試驗件測試評估測試的具體細節，包括試樣的數量、類型、具體的取樣位置等細節。

3 攪拌摩擦焊系列國家標準解讀

3.1 標準的編制原則

為使我國鋁及鋁合金攪拌摩擦焊接標準體系上與國際保持一致，在參照《GB/T 3375-1994焊接術語》的基礎上，使用重新起草法修改采用ISO 25239：2011制定我國標準。分析研究ISO 25239：2011，引進和轉化國際標準，徹底解決由于我國鋁合金攪拌摩擦焊標準缺失所引發的無標可循，與國際慣例不符等問題，有利于提高我國鋁及鋁合金攪拌摩擦焊行業整體水平。

3.2 主要內容解讀及確定依據

攪拌摩擦焊國家標準針對鋁合金焊接制造工程實踐，完整、有效地提煉覆蓋全系列鋁合金、板厚規格的攪拌摩擦焊技術要求。包括：鋁及鋁合金術語及定義、焊接接頭設計、焊接操作工的技能評定、焊接工藝規程及評定、質量與檢驗要求。

《GB/T34630.1-2017攪拌摩擦焊鋁及鋁合金第1部分：術語及定義》標準列出了涉及鋁及鋁合金攪拌摩擦焊技術原理、過程、工藝、應用的各種相關術語及定義，共39個。增加引用了《GB/T 3375焊接術語》，以便使用；增加錯邊的定義，引用自《GB/T 6417.1金屬熔化焊接頭缺欠分類及說明（GB/T 6417.1-2005，ISO 6520-1：1998，IDT）》；增加隧道孔洞的定義；增加資料性附錄漢語索引。

《GB/T34630.2-2017攪拌摩擦焊鋁及鋁合金第2部分焊接接頭設計》規定了攪拌摩擦焊接接頭設計要求，并給出了部分焊接接頭類型示例以及應詳細規定的焊接接頭信息。焊接接頭設計的附加信息包括：基本信息、焊件尺寸、焊接操作工的資質、焊接工藝評定、檢驗。增加了資料性附錄A鋁合金型材攪拌摩擦焊常用接頭形式；增加了對接焊接接頭裝配（如根部間隙、錯邊等）要求規定；增加GB/T 3375《焊接術語》，并用我國相關國家標準代替對應的國際標準，便于使用。

《GB/T34630.3-2017攪拌摩擦焊鋁及鋁合金第3部分焊接操作工的技能評定》規定了鋁及鋁合金攪拌摩擦焊接操作工技能評定、技能評定的主要參數及認可范圍、技能評定方法、試驗及檢驗、考試記錄等相關內容。同時將ISO 25239-3：2011標準中的資料性附錄A（焊接設備功能方面的操作知識）和資料性附錄B（焊接專業知識）進行轉化。

焊接操作工技能評定方面規定了技能評定的具體方法以及附加的設備方面知識考試、專業知識考試等推薦內容。技能評定的主要參數及認可范圍方面規定了攪拌摩擦焊接方法、焊接設備、母材、接頭形狀和尺寸等主要參數及其認可范圍。技能評定方法方面包括基于標準焊接試驗的技能評定、基于焊接工藝評定試驗的技能評定、基于預生產焊接試驗或生產焊接試驗的技能評定、基于產品抽樣焊接試驗的資格評定。試驗及檢驗包括目視檢驗、無損檢驗、破壞性試驗等的檢驗方法和合格標準以及復試方法等相關信息。同時，標準規定了鋁及鋁合金攪拌摩擦焊接操作工技能評定考試的證書及有效期等相關內容，并給出了推薦的攪拌摩擦焊接焊工技能評定證書格式。同時將ISO 25239-3：2011標準中的資料性附錄C（攪拌摩擦焊焊接操作工資格證書）進行轉化。增加了GB/T 3375《焊接術語》，用我國相關國家標準代替對應的國際標準。

《GB/T34630.4-2017攪拌摩擦焊鋁及鋁合金第4部分焊接工藝規程及評定》規定了鋁及鋁合金攪拌摩擦焊預焊接工藝規程的內容，焊接工藝評定的試件型式、焊接、試驗與檢測、認可范圍。適用于鋁及鋁合金攪拌摩擦焊接工藝規程的編制及焊接工藝評定方法。增加了GB/T 3375《焊接術語》，用我國相關國家標準代替對應的國際標準。

（1）預焊接工藝規程的編制。

焊接工藝評定應在實際焊接生產之前進行。規定焊接工藝預規程的技術內容，包括：制造商信息、母材種類、時效方式、參考標準、母材尺寸、設備標識、攪拌頭的標識、裝卡設置、接頭設計、接頭制備、清理方法、焊接細節信息、焊接位置、焊前熱處理、預熱溫度、預熱維持溫度、道間溫度、保護氣體、焊后處理等。同時給出了資料性附錄A焊接工藝預規程（pWPS）格式。

（2）焊接工藝評定。

規定焊接工藝評定相關內容，包括：試件、試件的試驗及檢驗、認可范圍。其中試件包括全焊透的板對接焊縫、管對接焊縫、搭接接頭。試驗及檢驗包括無損檢測（NDT）與破壞性試驗，包括對接與搭接接頭試驗所需進行的檢查和測試類別、范圍、取樣位置、合格等級及所參照的標準等，還提供了不滿足要求時需要如何進行復試的說明。同時給出基于焊接工藝評定試驗的工藝評定所需參照的資料性附錄D焊接工藝評定報告的格式。并將ISO標準中抗拉強度使用的符號“σmin，w、σmin，pm”按照 GB/T 2651改為 Rm，min，w、Rm，min，pm表示。

（3）基于預生產焊接試驗的工藝評定。

規定基于預生產焊接試驗的工藝評定相關內容，包括：試件、試件的試驗及檢驗、認可范圍。同時給出了基于預生產焊接試驗的工藝評定所需參照的資料性附錄D焊接工藝評定報告的格式。

《GB/T34630.5-2017攪拌摩擦焊鋁及鋁合金第5部分質量與檢驗要求》規定了攪拌摩擦焊所涉及的質量與檢驗要求。包括焊接人員、檢驗及檢驗人員、設備、焊接工藝規程、攪拌頭、接頭制備及組對、預熱溫度與道間溫度控制、定位焊、施焊、焊后熱處理、試驗及檢驗、標記和可追溯性等相關內容。增加了GB/T 3375《焊接術語》，用我國相關國家標準代替對應的國際標準。

其中試驗和檢驗部分給出了焊后應進行的各種檢驗方法以及應參照的執行標準。同時，標準中轉化規定了規范性附錄A缺欠、試驗和檢查、合格標準以及GB/T 6417.1參考代號，以促進攪拌摩擦焊從業人員對缺欠、試驗、檢查合格標準等方面的理解和認識。給出了攪拌摩擦焊常見缺欠，包括：未焊透、下塌、飛邊、錯邊、表面下凹、焊縫寬度不齊、表面不規則、孔穴、界面曲鉤等的缺欠描述、檢查方法、合格標準及缺欠代號。同時補充了UT、RT、PT無損檢測方法，補充了未焊透的缺欠代號、表面溝槽缺欠的描述、檢測方法和合格標準。

3.3 貫徹國家標準的措施建議

攪拌摩擦焊國家標準是全國范圍內的技術基礎標準，具有各行業基礎通用性，鋁及鋁合金攪拌摩擦焊標準統一規定了相關規范，指導鋁合金攪拌摩擦焊接實施工作，便于鋁及鋁合金攪拌摩擦焊接技術在我國各個行業中的推廣。標準在實施過程中應在攪拌摩擦焊從業人員中進行全面貫徹，以促進相關從業人員理解和掌握攪拌摩擦焊技術。此外，檢驗檢測人員、設計人員不僅應具備結構、材料、熱處理及焊接等方面的知識，還應該充分理解標準、規范的涵義。

另外，該國家標準規定的是普遍適用的操作工技能評定、焊接工藝規程及評定、焊接質量與檢驗原則及方法，各行業及企業在標準使用過程中，可根據各自產品特點進行必要的補充或篩選。同時，由于新材料和智能制造技術的不斷發展，在標準實施過程中亦根據需要做必要的相關補充。

4 結論

（1）國外鋁合金攪拌摩擦焊標準主要包括ISO標準以及AWS標準。引進和轉化國際先進標準，制定我國國家標準，有利于提升企業國際化水準，規范生產過程，保證焊接質量，促進企業產品與國際接軌。

（2）從標準適用范圍、攪拌摩擦焊工藝規范、鋁合金攪拌摩擦焊質量與檢測要求等方面分析中外標準，有利于理解和指導實際生產過程。

（3）攪拌摩擦焊國家標準針對鋁合金焊接制造工程實踐，完整、有效地提煉覆蓋全系列鋁合金、板厚規格的攪拌摩擦焊技術要求。解讀該國家標準，對實際焊接生產具有重要的指導意義。

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