軌道車(chē)輛鋁合金攪拌摩擦焊質(zhì)量保證及控制標(biāo)準(zhǔn)分析

楊高， 侯振國(guó)， 陳宇

(1.機(jī)械工業(yè)哈爾濱焊接技術(shù)培訓(xùn)中心，黑龍江 哈爾濱 150046; 2. 中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，河北 唐山 063035)

0 前言

攪拌摩擦焊工藝方法在軌道車(chē)輛焊接國(guó)際認(rèn)證企業(yè)中的應(yīng)用比重逐步增加，典型應(yīng)用如制造鋁合金車(chē)體及車(chē)鉤面板等部件。

應(yīng)用過(guò)程中伴生了一系列焊接質(zhì)量問(wèn)題，如ISO 25239-5[1]表A.1提及的未焊透、根部余高過(guò)大、毛刺、錯(cuò)邊、未填滿、不等寬、表面不規(guī)則、孔穴、吊鉤等缺欠，其中“孔穴”缺欠與其他焊接方法的孔穴缺欠有較大不同，其通常是連貫的且具有一定長(zhǎng)度，工程應(yīng)用領(lǐng)域又稱(chēng)其為“隧道”。孔穴/“隧道”是鋁合金攪拌摩擦焊典型嚴(yán)重缺欠。

結(jié)合軌道車(chē)輛領(lǐng)域主要焊接標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及工程應(yīng)用常見(jiàn)問(wèn)題，綜合分析其焊接質(zhì)量保證及控制標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用情況并補(bǔ)充說(shuō)明工程應(yīng)用方面若干事項(xiàng)。

1 國(guó)內(nèi)主要焊接質(zhì)量保證及控制標(biāo)準(zhǔn)

軌道車(chē)輛領(lǐng)域現(xiàn)行主要焊接質(zhì)量保證及控制標(biāo)準(zhǔn)為：軌道車(chē)輛及其部件的焊接—EN 15085: 2007[2]，該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布時(shí)攪拌摩擦焊工藝方法尚未在軌道車(chē)輛焊接國(guó)際認(rèn)證企業(yè)中大量應(yīng)用；EN 15085: 2007相關(guān)攪拌摩擦焊的唯一內(nèi)容為“EN 15085-4表1”，僅提及允許鋁合金材料使用該方法，再無(wú)其它信息。

EN 15085-4表1中大部分焊接方法的焊接質(zhì)量保證及控制要求，EN 15085均有較全面系統(tǒng)的規(guī)定，但攪拌摩擦焊不在其中，如：①質(zhì)量要求：ISO 3834[3]原則上不適用；ISO 3834金屬材料熔化焊的質(zhì)量要求，其適用范圍為金屬材料熔化焊，而攪拌摩擦焊屬于“壓力焊”，原則上不在其適用范圍；②操作工：ISO 9606-1(鋼)[4]，ISO 9606-2(鋁合金)[5]，或ISO 14732(操作工)[6]不適用；攪拌摩擦焊為ISO 25239-3；③焊接工藝：ISO 15609[7]或ISO 14555[8]或ISO 15620[9]不適用；攪拌摩擦焊為ISO 25239-4；④焊接工藝評(píng)定：ISO 15610[10]，ISO 15611[11]，ISO 15612[12]，ISO 15613[13]，ISO 15614[14]或ISO 14555或ISO 15620部分適用；攪拌摩擦焊為ISO 25239-4，其僅部分引用ISO 15613及ISO 15614-2。

標(biāo)準(zhǔn)的缺位在一定程度上制約了攪拌摩擦焊在軌道車(chē)輛領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其在焊接質(zhì)量保證及控制標(biāo)準(zhǔn)層面。

現(xiàn)行主要標(biāo)準(zhǔn)不能完全實(shí)現(xiàn)軌道車(chē)輛鋁合金攪拌摩擦焊的焊接質(zhì)量保證及控制?；跇?biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及工程實(shí)例，分析ISO 3834和EN 15085標(biāo)準(zhǔn)以外涉及軌道車(chē)輛鋁合金攪拌摩擦焊質(zhì)量保證及控制可參照的標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范為：①歐洲軌道車(chē)輛焊接委員會(huì)指南-第二部分 EN 15085技術(shù)解析；②攪拌摩擦焊-鋁合金—ISO 25239系列標(biāo)準(zhǔn)。

“歐洲軌道車(chē)輛焊接委員會(huì)指南-第二部分 EN 15085技術(shù)解析”第5.2條款[15]及“ISO 25239系列標(biāo)準(zhǔn)”，比較全面的規(guī)定了鋁合金攪拌摩擦焊的焊接質(zhì)量控制要求。

進(jìn)一步綜合分析現(xiàn)行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及工程實(shí)例，參照ISO 3834-1 第4條款“該國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所包含的這些質(zhì)量要求可能適用于其它焊接方法”，以及大量工程實(shí)例應(yīng)用，目前軌道車(chē)輛鋁合金攪拌摩擦焊的焊接質(zhì)量保證仍遵循ISO 3834系列標(biāo)準(zhǔn)及EN 15085-2 5.2條款。

2 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用實(shí)例解析及補(bǔ)充說(shuō)明

2.1 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用實(shí)例解析

根據(jù)EN 15085系列標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下應(yīng)用攪拌摩擦焊的鋁合金部件認(rèn)證等級(jí)為CL1，對(duì)應(yīng)ISO 3834系列標(biāo)準(zhǔn)的第二部分-ISO 3834-2。

以軌道車(chē)輛某項(xiàng)目鋁合金攪拌摩擦焊為例，焊接質(zhì)量保證及控制實(shí)例解析見(jiàn)表1。

2.2 補(bǔ)充說(shuō)明

結(jié)合工程實(shí)例技術(shù)規(guī)范及常見(jiàn)問(wèn)題，補(bǔ)充說(shuō)明如下內(nèi)容：①進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，注意數(shù)據(jù)源的選擇應(yīng)適用于攪拌摩擦焊工藝方法。接頭設(shè)計(jì)應(yīng)符合ISO 25239-2[16]焊接接頭的設(shè)計(jì)，當(dāng)攪拌摩擦焊的接頭設(shè)計(jì)涉及工藝預(yù)留量時(shí)，焊接圖紙中的焊縫標(biāo)注不應(yīng)包括預(yù)留量，ISO 25239-3 4.3.2[17]規(guī)定，圖紙中的焊縫尺寸標(biāo)注應(yīng)是焊件的最終尺寸，預(yù)留量可在其他技術(shù)文件或圖紙技術(shù)說(shuō)明中加以規(guī)定。②裝配間隙及錯(cuò)邊量是焊前裝配的重要工藝參數(shù)，“EN 15085-3附錄B 焊接接頭的制備”不適用攪拌摩擦焊，“ISO 25239-2 焊接接頭的設(shè)計(jì)”也未規(guī)定具體要求，因此需要視構(gòu)件具體情況在焊接工藝規(guī)程或工藝卡中加以規(guī)定(通常情況，接頭制備需要試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證)，以確保焊后焊縫質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)應(yīng)準(zhǔn)備合適的檢測(cè)工具對(duì)焊前裝配質(zhì)量進(jìn)行檢查。③攪拌頭是攪拌摩擦焊質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素，攪拌頭選型時(shí)應(yīng)選擇工藝輸出能力強(qiáng)的攪拌頭，生產(chǎn)前應(yīng)該通過(guò)試驗(yàn)確定該攪拌頭的使用壽命，使用過(guò)程中應(yīng)及時(shí)關(guān)注焊縫的表面質(zhì)量，同時(shí)測(cè)量攪拌頭的磨損量；為避免攪拌頭故障影響使用，應(yīng)制定檢查維護(hù)規(guī)程，使用過(guò)程中定期檢查維護(hù)，并對(duì)使用和檢查維護(hù)進(jìn)行記錄，到達(dá)預(yù)期壽命應(yīng)停止使用或報(bào)廢處理。④焊接工作試件是軌道車(chē)輛焊接質(zhì)量控制的重要措施，EN 15085及ECWRV規(guī)程僅規(guī)定了軌道車(chē)輛焊接工作試件的通用要求，沒(méi)有針對(duì)鋁合金攪拌摩擦焊的工藝特點(diǎn)作出專(zhuān)門(mén)規(guī)定，ISO 25239也沒(méi)有規(guī)定；目前業(yè)內(nèi)有限的可參照的技術(shù)條件為德國(guó)焊接學(xué)會(huì)的一個(gè)草案指南“DVS 1619: 2011”，該指南4.6.4條款以ISO 15613為基礎(chǔ)，專(zhuān)門(mén)規(guī)定了鋁合金攪拌摩擦焊工作試件的驗(yàn)證內(nèi)容如下：外觀檢驗(yàn)、射線檢驗(yàn)、工藝彎曲試驗(yàn)、宏觀試驗(yàn)。⑤鋁合金攪拌摩擦焊的缺欠驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為ISO 25239-5，應(yīng)注意不是弧焊常用的ISO 10042[18]。ISO 25239-5: 2011表A.1規(guī)定了缺欠的驗(yàn)收等級(jí)，但未對(duì)等級(jí)進(jìn)行劃分，新標(biāo)準(zhǔn)ISO 25239-5: 2020[19]表A.1在2011版基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，將缺欠驗(yàn)收劃分為B,C,D三個(gè)等級(jí)。表A.1關(guān)于缺欠驗(yàn)收的未盡事宜應(yīng)在施工前盡早約定。攪拌摩擦焊驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與無(wú)損檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系不同于其他熔化焊方法，ISO 17635[20]未規(guī)定其與無(wú)損檢測(cè)缺欠驗(yàn)收等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且目前尚無(wú)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此進(jìn)行規(guī)定，以ISO 17635中的滲透檢測(cè)為例說(shuō)明見(jiàn)表2，因此實(shí)施無(wú)損檢測(cè)前應(yīng)充分的進(jìn)行焊接要求及技術(shù)評(píng)審，并提前約定無(wú)損檢測(cè)的缺欠驗(yàn)收等級(jí)；對(duì)于關(guān)鍵焊縫，應(yīng)提前約定是否進(jìn)行破壞性例行試驗(yàn)。

表1 焊接質(zhì)量保證及控制實(shí)例解析

表2 鋁合金攪拌摩擦焊-滲透檢測(cè)

3 結(jié)論

在目前軌道車(chē)輛鋁合金攪拌摩擦焊焊接質(zhì)量保證及控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范尚不完善的階段，其焊接質(zhì)量保證及控制需要綜合應(yīng)用“EN 15085系列標(biāo)準(zhǔn)”、“ISO 3834系列標(biāo)準(zhǔn)”、“歐洲軌道車(chē)輛焊接委員會(huì)指南-第二部分 EN 15085技術(shù)解析”、“ISO 25239系列標(biāo)準(zhǔn)”及項(xiàng)目技術(shù)規(guī)范的補(bǔ)充說(shuō)明等。標(biāo)準(zhǔn)的更新通常滯后于技術(shù)的發(fā)展，期待相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)能夠進(jìn)一步完善。