TCWAN 0069-2022 空间三维铝合金结构回抽式搅拌摩擦焊接工艺规范

IICS25.160.10CCSJ33T/CWAN0069—2022空间三维铝合金结构回抽式搅拌摩擦焊接工艺规范Spacethree-dimensionalaluminumalloystructureweldingprocessspecificationforpull-backfrictionstirwelding中国焊接协会发布2022-05-24发布2022-07-01实施团体标准II目次前言.................................................................................................................................................................III1范围...................................................................................................................................................................12规范性引用文件...............................................................................................................................................13术语、定义和符号...........................................................................................................................................14一般要求...........................................................................................................................................................55焊接工艺...........................................................................................................................................................66接头质量要求.................................................................................................................................................117质量检验.........................................................................................................................................................13附录A（资料性）典型缺陷产生的主要原因及预防措施.............................................................................15III前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国焊接协会提出并归口。本文件起草单位：贵州航天天马机电科技有限公司、南昌航空大学、山推工程机械股份有限公司、重庆科技学院、哈尔滨焊接研究院有限公司。本文件主要起草人：戈军委、谢吉林、陈玉华、王彩凤、张体明、尹立孟、张春波、赵源、王善林、宋骁、乌彦全、张伟、张鹤鹤、梁武。1空间三维铝合金结构回抽式搅拌摩擦焊接工艺规范1范围本文件限定了回抽式空间三维铝合金结构搅拌摩焊接的术语和定义，并规定了一般要求、焊接工艺、设计要求、质量要求、质量检验等内容。本文件适用于厚度为2mm~30mm的铝合金空间三维结构回抽式搅拌摩擦焊接，镁合金和钛合金也可参考本文件。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2651—2008焊接接头拉伸试验方法GB/T9445—2015无损检测人员资格鉴定与认证GB/T26955—2011金属材料焊缝破坏性试验焊缝宏观和微观检验GB/T34630.1—2017搅拌摩擦焊铝及铝合金第1部分：术语及定义GJB2367A—2005渗透检验QJ2864B—2018铝及铝合金熔焊工艺规范QJ20043—2011铝合金中厚板搅拌摩擦焊技术要求QJ20045—2011铝合金搅拌摩擦焊超声相控阵检测方法QJB481—88焊接质量控制要求T/CWAN0012—2019焊接术语-压焊3术语和定义T/CWAN0012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1搅拌摩擦焊frictionstirwelding,FSW利用旋转的搅拌头在热、力耦合的锻压作用下形成焊缝的固相连接方法。搅拌摩擦焊原理示意图见图1。2a—母材区；b—热影响区；c—热力影响区；d—焊核区；e—轴肩影响区图1搅拌摩擦焊原理示意图3.2回抽式搅拌头back-pumpingstirringtool搅拌摩擦焊接过程中，与被焊件相互作用而产生摩擦热，并使母材金属发生塑性软化的焊接工具，焊接结束后，搅拌针能够回抽形成无匙空的焊缝。它主要由搅拌针、轴肩、搅拌针夹持区、搅拌套和搅拌套夹持区组成。典型的回抽式搅拌头结构示意图见图2。图2典型回抽式搅拌头结构示意图3.3搅拌针probe位于搅拌套内部，焊接时与被焊件发生作用，焊接结束前，搅拌针沿搅拌头轴线缓慢向上移动，可实现无匙孔焊接，它是组成搅拌头的关键结构之一（见图2）。3.4轴肩shoulder位于搅拌套端部，焊接时与工件上表面接触并发生作用，它是搅拌头的关键组部分准之一（见图2）。3.5搅拌头倾角tooltiltangle搅拌摩擦焊时，搅拌头轴线方向与被焊面法线方向的夹角α，搅拌头轴线始终在焊缝切线与被焊件曲面法线所构成的平面内（见图3）。3.6压入量heelplungedepth焊接过程中，搅拌头的轴肩最低点压入母材表面的深度（见图4）。T/CWAN0069—20223图3搅拌头倾角图4压入量3.7飞边toeflash搅拌摩擦焊后残留在接头正面沿焊缝一侧或两侧翻卷的金属（见图5）。图5飞边与起皮3.8起皮peeling搅拌摩擦焊缝正面产生的鼓起的麸皮状薄层金属（见图5）。3.9表面下凹underfill搅拌摩擦焊后，焊缝正面低于原始母材的现象（见图6）。4图6表面下凹3.10隧道孔洞tunnelcavity搅拌摩擦焊焊缝内部形成的沿焊接方向的隧道状孔洞。3.11表面犁沟surfacefurrow内部孔洞型缺陷延伸到搅拌摩擦焊缝正面形成的犁沟状焊接缺陷。3.12未焊透incompletepenetration焊核区深度小于要求的（或规定的）深度。通常在该区域存在塑性变形，材料间紧密接触但并未形成有效结合（见图7）。3.13根部弱结合weakrootbinding在焊核底部存在的界面结合质量较差的现象。通常在该区域的材料之间形成了结合，但是根部金属的塑性流动不充分导致结合的质量较差（见图7）。图7未焊透与根部弱结合3.14致密性compactness焊接接头的焊缝区金属组织密实程度。3.15错边linearmisalignment两个焊件表面平行对齐时，未达到规定的平行对齐要求而产生的偏差。3.16装配间隙assemblyclearance两个焊件对接时，对接面之间的距离。3.17前进侧advancingside搅拌头旋转线速度方向和焊接方向一致的焊缝侧。3.18后退侧retreatingside搅拌头旋转线速度方向与焊接方向相反的焊缝侧。3.19轴肩后沿heel相对于焊接方向，在搅拌头后方的轴肩部分。T/CWAN0069—202253.20横向偏移量lateraloffset搅拌头轴线与接合面之间的距离。4符号本文件中所采用的符号及其含义如下所示：t——母材厚度，单位mmα——搅拌头倾角，单位°h——表面下凹量，单位mmL——错边量，单位mmc——装配间隙，单位mma——搅拌头偏移量，单位mmD——轴肩直径，单位mmn——搅拌头转速，单位r/minv1——搅拌头行进速度，单位mm/minv2——回抽速度，单位mm/mind——搅拌针长度，单位mm5一般要求5.1人员5.1.1搅拌摩擦焊接操作人员应经过培训、考核并取得相应资格证书。5.1.2无损检测人员资格鉴定与认证应符合GB/T9445—2015规定。5.2设备5.2.1搅拌摩擦焊接设备控制系统应具有稳定性，焊接设备应配置相应的检测装置、仪表显示装置、辅助冷却装置、焊接参数输入、显示和记录装置等，且应定期对焊接设备进行检定。5.2.2搅拌摩擦焊接设备在安装、搬迁、大修或停止使用一年以上时，应进行检定并进行工艺参数确认，合格后方可投入使用。5.3回抽式搅拌头5.3.1回抽式搅拌头应设计为搅拌针与轴套分离结构，承力台阶贴合牢靠，无轴向窜动，目视旋转过程中应无跳动及干涉。5.3.2回抽式搅拌头应具有较高的耐热性，能够承载焊件在搅拌摩擦焊接时的温度，能够承受一定的冲击载荷。搅拌头材质应选用工作温度在700℃以上仍然保持良好的韧性、硬度和耐磨性的材料，如热作模具钢、高速工具钢、高温性能良好的耐热合金钢等。5.3.3搅拌头所选用的结构材料在合适的焊接参数下焊接时不应与被焊铝合金发生粘连反应。5.3.4搅拌头型面结构的设计应具有一定的聚拢材料作用，如螺旋型凹槽、渐开线型凹凸花纹等，以满足搅拌摩擦焊工艺要求。5.3.5搅拌头经加工后，可进行热处理提高耐磨性能，推荐采取表面强化措施，如表面渗氮等。5.4焊接工装65.4.1焊接工装应为待焊工件提供刚性支撑及夹紧功能，一般包括垫板、外抱夹具等结构。5.4.2垫板应具有良好的硬度和刚度，应选用与被焊铝合金不容易发生粘连的材料，如不锈钢等。5.4.3焊接工装与被焊件之间应紧密贴合，与被焊件接触面的表面粗糙度应不大于Ra3.2。5.4.4根据被焊件结构特点，可在焊接工装垫板上设计孔或槽等结构，防止被焊件在前进抗力作用下发生移动。5.5环境环境温度应在10℃以上，相对湿度一般不大于80%。5.6焊件5.6.1母材应符合零件的相关工艺技术文件的要求。在图样或技术文件中应注明材料名称、牌号、规格、状态或材料标准编号。5.6.2试件及产品接头部位表面应保持平整、清洁。5.6.3焊件对接边部位的厚度应保持一致，且压紧后无明显间隙和不贴合，其波动范围符合表1规定。5.6.4试件的材料、状态、厚度、接头形式和焊接质量的要求应与产品相同。表1焊件对接边厚度波动范围单位为毫米母材厚度t2.0＜t≤5.05.0＜t≤10.010.0＜t≤20.020.0＜t≤30.0焊接接头厚度波动范围不大于5%t或0.2，取小值5%t或0.4，取小值5%t或0.8，取小值5%t或1.2，取小值5.7工艺文件5.7.1工艺文件中应明确主要焊接参数：主轴转速、焊接速度、主轴倾角、主轴旋向、搅拌头规格、下压量、回抽速度、轴向压力，如需定位焊，应明确定位焊要求。5.7.2对于焊件返修焊，也应编制返修焊接工艺文件。5.7.3工艺文件应包括工艺参数确定过