軌道車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 陳宇

摘要： 現(xiàn)行軌道車輛領(lǐng)域主要焊接標(biāo)準(zhǔn)為EN 15085： 2007，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輛焊接國際認(rèn)證企業(yè)中大量應(yīng)用。EN 15085： 2007僅提及允許鋁合金材料使用該方法，再無其它信息。在標(biāo)準(zhǔn)缺位的情況下，僅應(yīng)用EN 15085不能完全實(shí)現(xiàn)軌道車輛鋁合金攪拌摩擦焊的焊接質(zhì)量保證及控制，其需要綜合應(yīng)用“EN 15085系列標(biāo)準(zhǔn)”、“ISO 3834系列標(biāo)準(zhǔn)”、“歐洲軌道車輛焊接委員會指南-第二部分”、“ISO 25239系列標(biāo)準(zhǔn)”及“項(xiàng)目技術(shù)規(guī)范的補(bǔ)充說明”等。以軌道車輛某項(xiàng)目鋁合金攪拌摩擦焊為例，解析其焊接質(zhì)量保證及控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，并結(jié)合工程實(shí)例技術(shù)規(guī)范及常見問題補(bǔ)充說明若干內(nèi)容。

關(guān)鍵詞： 軌道車輛; 鋁合金攪拌摩擦焊; 焊接質(zhì)量保證及控制; 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

中圖分類號： TG 47

Abstract： The current main welding standard in the field of railway vehicle is EN15085： 2007. When this standard was released， FSW welding process was not widely used in the international welding certification enterprises. It only mentioned that this process was allowed to use for aluminum alloy materials and no more information was given in EN 15085： 2007. In the condition of insufficient standards， the welding quality assurance and control of railway vehicle aluminum FSW could not be completely achieved only by EN 15085， which required a comprehensive application of EN 15085 series standards， ISO 3834 series standards， ECWRV guideline — part 2， ISO 25239 series standards and supplementary requirements of projects technical specification. Taking aluminum alloy friction stir welding of a railway vehicle project as an example， the application of welding quality assurance and control standards was analyzed， and some contents were supplemented with technical specifications and common problems of engineering examples.

Key words： ??railway vehicles; aluminum FSW;? welding quality assurance and control;? standards application

0 前言

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

應(yīng)用過程中伴生了一系列焊接質(zhì)量問題，如ISO 25239-5[1]表A.1提及的未焊透、根部余高過大、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度，工程應(yīng)用領(lǐng)域又稱其為“隧道”?？籽?“隧道”是鋁合金攪拌摩擦焊典型嚴(yán)重缺欠。

結(jié)合軌道車輛領(lǐng)域主要焊接標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及工程應(yīng)用常見問題，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)充說明工程應(yīng)用方面若干事項(xiàng)。

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

軌道車輛領(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輛焊接國際認(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歐洲軌道車輛焊接委員會指南-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)。

“歐洲軌道車輛焊接委員會指南-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)證等級為CL1，對應(yīng)ISO 3834系列標(biāo)準(zhǔn)的第二部分-ISO 3834-2。

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

2.2 補(bǔ)充說明

結(jié)合工程實(shí)例技術(shù)規(guī)范及常見問題，補(bǔ)充說明如下內(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)備合適的檢測工具對焊前裝配質(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)該通過試驗(yàn)確定該攪拌頭的使用壽命，使用過程中應(yīng)及時(shí)關(guān)注焊縫的表面質(zhì)量，同時(shí)測量攪拌頭的磨損量;為避免攪拌頭故障影響使用，應(yīng)制定檢查維護(hù)規(guī)程，使用過程中定期檢查維護(hù)，并對使用和檢查維護(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)定了軌道車輛焊接工作試件的通用要求，沒有針對鋁合金攪拌摩擦焊的工藝特點(diǎn)作出專門規(guī)定，ISO 25239也沒有規(guī)定;目前業(yè)內(nèi)有限的可參照的技術(shù)條件為德國焊接學(xué)會的一個(gè)草案指南“DVS 1619： 2011”，該指南4.6.4條款以ISO 15613為基礎(chǔ)，專門規(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，但未對等級進(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。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)與無損檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)關(guān)系不同于其他熔化焊方法，ISO 17635[20]未規(guī)定其與無損檢測缺欠驗(yàn)收等級的對應(yīng)關(guān)系，且目前尚無國際標(biāo)準(zhǔn)對此進(jìn)行規(guī)定，以ISO 17635中的滲透檢測為例說明見表2，因此實(shí)施無損檢測前應(yīng)充分的進(jìn)行焊接要求及技術(shù)評審，并提前約定無損檢測的缺欠驗(yàn)收等級;對于關(guān)鍵焊縫，應(yīng)提前約定是否進(jìn)行破壞性例行試驗(yàn)。

3 結(jié)論

在目前軌道車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)”、“歐洲軌道車輛焊接委員會指南-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。

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