《汽車(chē)用鋁及鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)條件》

1、ICS 32.020T40團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CSAEXX 2020汽車(chē)用鋁及鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)條件Technical conditions for friction stir welding of aluminum and aluminumalloys in automobile（征求意見(jiàn)稿 ）在提交反饋意見(jiàn)時(shí)，請(qǐng)將您知道的該標(biāo)準(zhǔn)所涉必要專利信息連同支持性文件一并附上。×××× - ×× - ××發(fā)布×××× - ×× - ××實(shí)施中國(guó)汽車(chē)

2、工程學(xué)會(huì)發(fā)布I目次前言.III1范圍.12規(guī)范性引用文件 .13術(shù)語(yǔ)和定義 .14一般要求 .44.1人員 .44.2環(huán)境 .44.3母材 .45焊前準(zhǔn)備 .55.1接頭型式 .55.2接頭選擇 .55.3加工要求 .56焊接工藝 .66.1焊前清理 .66.2攪拌頭選擇原則 .66.3焊件安裝 .66.4工藝參數(shù)的選擇和制定 .66.5焊接 .77焊后檢驗(yàn)和試驗(yàn) .77.1表面質(zhì)量 .77.2內(nèi)部質(zhì)量 .77.3力學(xué)性能 .77.4焊后處理 .78安全要求 .8II前言本標(biāo)準(zhǔn)按照 GB/T 1.1-2009 給出的規(guī)則起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利，本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專

3、利的責(zé)任。本標(biāo)準(zhǔn)由汽車(chē)輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟提出。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)批準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位：北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、國(guó)汽（北京）汽車(chē)輕量化技術(shù)研究院有限公司、中航工業(yè)北京航空制造工程研究所、中信戴卡股份有限公司、廣汽新能源汽車(chē)有限公司、奇瑞汽車(chē)股份有限公司、中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：江海濤、藺宏濤、吳彥欣、武曉燕、劉建華、王利剛、孟強(qiáng)、王怡嵩、木清弘、張亞男、周青華、丁樺、李軍、黃亞烽等。III汽車(chē)用鋁及鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)條件1 范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了汽車(chē)用鋁及鋁合金攪拌摩擦焊接的一般要求、焊前準(zhǔn)備、焊接工藝、焊后檢驗(yàn)和試驗(yàn)以及安全要求等

4、。本標(biāo)準(zhǔn)適用于汽車(chē)常用牌號(hào)和狀態(tài)的鋁及鋁合金的攪拌摩擦焊接。其他系列鋁合金攪拌摩擦焊接也可參照本標(biāo)準(zhǔn)。2 規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 1173鑄造鋁合金GB/T 2651焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法GB/T 2653焊接接頭彎曲試驗(yàn)方法GB/T 2654焊接接頭硬度試驗(yàn)方法GB/T 3190變形鋁及鋁合金化學(xué)成分GB/T 3246.2變形鋁及鋁合金制品組織檢驗(yàn)方法第2部分：低倍組織檢驗(yàn)方法GB/T 3323金屬熔化焊焊接接頭射線照相GB/T 3375

5、焊接術(shù)語(yǔ)GB/T 3880一般工業(yè)用鋁及鋁合金板、帶材GB/T 6892一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材GB/T 11345焊縫無(wú)損檢測(cè)超聲檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)定GB/T 18851.1無(wú)損檢測(cè)滲透檢測(cè)第 1部分：總則GB/T 27551金屬材料焊縫破壞性試驗(yàn)斷裂試驗(yàn) 3 術(shù)語(yǔ)和定義GB/T 27552金屬材料焊縫破壞性試驗(yàn)焊接接頭顯微硬度試驗(yàn)GB/T 32259焊縫無(wú)損檢測(cè)熔焊接頭目視檢測(cè)GB/T 34630攪拌摩擦焊鋁及鋁合金3 術(shù)語(yǔ)和定義GB/T 34630攪拌摩擦焊鋁及鋁合金界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。3.1 攪拌摩擦焊friction stir welding ， FSW利用高速旋轉(zhuǎn)

6、的攪拌頭插入被焊材料后沿焊接方向運(yùn)動(dòng)，攪拌頭與焊接材料產(chǎn)生摩擦熱，使材料達(dá)到熱塑性狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)工件間固相連接的焊接方法，見(jiàn)圖1。1說(shuō)明： 1 母材； 2 攪拌頭； 3 軸肩； 4 攪拌針； 5 焊縫表面； 6 后退側(cè)； 7 前進(jìn)側(cè)； 8 匙孔。a 攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向 （順時(shí)針 /逆時(shí)針?lè)较颍?；b 攪拌頭下壓； c 軸向壓力； d 焊接方向； e攪拌頭上提。圖 1 攪拌摩擦焊原理示意圖3.2攪拌頭 tool攪拌摩擦焊接過(guò)程中由攪拌針和軸肩組成的旋轉(zhuǎn)部件，見(jiàn)圖2。3.3攪拌針 probe在攪拌摩擦焊接過(guò)程中，插入母材內(nèi)部進(jìn)行焊接的攪拌頭部分，見(jiàn)圖2。3.4軸肩 shoulder與攪拌針根部相連，焊接時(shí)

7、與母材表面接觸并發(fā)生作用的攪拌頭部分，見(jiàn)圖2。3.5焊接墊板 backing plate為支撐零件和焊縫金屬，承受攪拌頭軸向壓力，在焊縫金屬背部預(yù)置的一種剛性襯托裝置，見(jiàn)圖2。圖 2攪拌摩擦焊示意圖3.6 焊接傾角tilt angle攪拌頭軸線與工件表面法線之間的夾角，見(jiàn)圖2。3.7 壓入量heel plunge depth焊接過(guò)程中，攪拌頭的軸肩最低點(diǎn)壓入母材表面的深度，見(jiàn)圖2。3.8 匙孔exit hole2攪拌頭上提之后，留在焊縫末端的孔，見(jiàn)圖1。3.9 前進(jìn)側(cè) advancing side攪拌頭旋轉(zhuǎn)線速度方向和焊接方向一致的焊縫側(cè)，見(jiàn)圖1。3.10后退側(cè) retreating side

8、攪拌頭旋轉(zhuǎn)線速度方向與焊接方向相反的焊縫側(cè)，見(jiàn)圖1。3.11攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度welding speed單位時(shí)間內(nèi)攪拌頭的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，單位：轉(zhuǎn)每分鐘（rpm）。3.12焊接速度 welding speed單位時(shí)間內(nèi)完成的焊縫長(zhǎng)度，單位：毫米每分鐘（mm/min ）。3.13熱影響區(qū)heat affected zone攪拌摩擦焊接頭中只受到焊接熱循環(huán)的作用而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。3.14熱 -機(jī)械影響區(qū)thermo-mechanically affected zone攪拌摩擦焊接頭中受到焊接熱和機(jī)械變形的聯(lián)合作用而發(fā)生塑性變形的區(qū)域。3.15焊核區(qū)weld nugget/stir zone

9、攪拌摩擦焊接頭中受攪拌針的旋轉(zhuǎn)、摩擦、攪拌、擠壓而形成的再結(jié)晶區(qū)。3.16 飛邊toe flash焊接過(guò)程中，在攪拌頭軸肩壓力的作用下，與軸肩接觸的焊件表層金屬發(fā)生塑性流變，沿軸肩邊緣擠出，在焊縫邊緣形成的毛刺。3.17 引入板、引出板import/export plate為了確保零件上的全尺寸焊縫，不在焊件上留下焊縫起始段、末尾段和尾孔，允許在攪拌頭進(jìn)出零件的兩端設(shè)置與零件同材料、 等厚度的工藝板稱為引入板和引出板。 焊接從引入板上開(kāi)始， 在引出板上終止，焊后加工掉。3.18 未焊透缺陷incomplete penetration defect攪拌摩擦焊接后，焊縫根部未完全焊合的部分，見(jiàn)圖3

10、.圖 3未焊透缺陷示意圖3.19 弱連接kissing bonding在焊縫根部塑性變形區(qū)域產(chǎn)生的被連接材料間緊密接觸但未形成有效的塑性擠壓、擴(kuò)散和連接，使結(jié)合面呈疏松狀或貼合狀的焊接缺陷，見(jiàn)圖4。圖 4弱連接缺陷示意圖3.20 隧道型缺陷 channel defect沿焊接方向塑性金屬流動(dòng)未填滿焊縫所形成的類似隧道的孔洞，見(jiàn)圖5。3圖 5隧道型缺陷示意圖3.21 表面溝槽surface furrow焊縫表面出現(xiàn)的類似溝槽的缺陷，見(jiàn)圖6。圖 6表面溝槽示意圖4 一般要求4.1人員從事汽車(chē)用鋁及鋁合金攪拌摩擦焊接的操作人員必須經(jīng)過(guò)相應(yīng)的攪拌摩擦焊專業(yè)培訓(xùn)和考核，并通過(guò)相應(yīng)考核、鑒定和認(rèn)證，取得上

11、崗證書(shū)后方能上崗操作。4.2焊接設(shè)備焊接設(shè)備及其附件應(yīng)完好，并在有效期內(nèi)。用于產(chǎn)品生產(chǎn)的設(shè)備應(yīng)為攪拌摩擦焊專用設(shè)備。攪拌摩擦焊機(jī)應(yīng)具有可靠的控制系統(tǒng)，能滿足焊接參數(shù)的調(diào)整需要，能在選定的參數(shù)下溫度的工作，并在鑒定期內(nèi)保持合格狀態(tài)。屬于下列情況的攪拌摩擦焊設(shè)備，投入生產(chǎn)前，應(yīng)對(duì)焊機(jī)進(jìn)行工藝性鑒定，鑒定合格后，掛“合格證 ”標(biāo)簽，方可投入生產(chǎn)使用。a）新焊機(jī)安裝后；b）焊機(jī)移地安裝后；c）焊機(jī)大修后；d）影響焊接參數(shù)的元器件更換后。4.2環(huán)境攪拌摩擦焊接場(chǎng)所應(yīng)保持潔凈和通風(fēng)良好，無(wú)腐蝕性氣體介質(zhì)，環(huán)境溫度5 35 ，相對(duì)濕度不大于85%。4.3母材汽車(chē)用鋁及鋁合金應(yīng)符合 GB/T 3190 ， G

12、B/T 1173 ， GB/T 3880 ， GB/T 6892 或其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。材料表面不應(yīng)存在裂紋、夾雜缺陷，其他表面質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)方提供的技術(shù)文件或技術(shù)協(xié)議的要求。45 焊前準(zhǔn)備5.1接頭型式汽車(chē)用鋁及鋁合金的攪拌摩擦焊接頭可采用對(duì)接、搭接、角接、T型接頭等型式，見(jiàn)表1。表 1 焊接接頭的形式5.2接頭選擇汽車(chē)用鋁及鋁合金進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、受力情況，采用不同的接頭型式，焊縫位置的設(shè)計(jì)應(yīng)避免應(yīng)力集中。5.3加工要求汽車(chē)用鋁及鋁合金對(duì)接接頭焊接斷面不應(yīng)有裂紋、夾雜等缺陷。邊緣應(yīng)去毛刺，保持棱角，端面機(jī)械加工面表面粗糙度 Ra值應(yīng)不大于 6.3 m。汽車(chē)用鋁及鋁合金搭接接頭的搭接

13、面為軋制狀態(tài)或機(jī)械加工狀態(tài)，機(jī)械加工面的表面粗糙度Ra值應(yīng)不5大于 6.3 m。5.3.3 接頭對(duì)接面或搭接面加工齊平，材料表面需去除氧化皮和包鋁層，具體技術(shù)要求見(jiàn)表2。表 2接頭表面加工要求項(xiàng)目表面粗糙度焊件表面的平面度接縫直線度垂直度（相對(duì)焊件表面） /焊件厚度技術(shù)要求6.3m0.6mm/m 20.6mm/m0.12mm/10mm 、 0.2mm/20mm 、0.25mm/30mm5.3.4 對(duì)接接頭厚度差焊件厚度10mm時(shí)， 級(jí)焊縫表面允許焊件厚度差為 0.02 ； 、 級(jí)焊縫允許厚度差為0.03 ；焊件厚度 >10mm ，允許厚度差 0.4mm。6 焊接工藝6.1焊前清理焊前按照

14、焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接部位清理，去除母材表面的氧化物、保護(hù)涂層、膠粘劑、油污、油脂、污垢，以及其他對(duì)焊縫質(zhì)量有害的污染物。6.2攪拌頭選擇原則焊接前，攪拌頭應(yīng)確保清潔，沒(méi)有對(duì)焊縫有不良影響的污染物（例如：油污、油脂和污垢）存在。焊接前，應(yīng)按要求定期對(duì)攪拌頭形狀及其磨損程度進(jìn)行檢驗(yàn)，確保其符合相關(guān)設(shè)計(jì)、工藝文件和規(guī)范的要求。根據(jù)焊件的材料和厚度選擇攪拌頭，對(duì)接焊時(shí)攪拌針的長(zhǎng)度一般小于焊件厚度0.10.2 mm ，搭接焊時(shí)攪拌針的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際焊接工藝要求設(shè)定。6.3焊件安裝焊前接縫貼緊、 對(duì)齊和壓平， 厚度 10mm的板材局部間隙不得超過(guò)0.1 ；厚度 >10mm間隙不超過(guò) 1mm。底部進(jìn)行剛

15、性支撐，焊件兩側(cè)通過(guò)工裝夾具施加壓緊力和側(cè)向頂緊力。在焊件安裝過(guò)程中，在進(jìn)行同種或性能相似材料焊接時(shí)，采用對(duì)中方式焊接并檢查攪拌針對(duì)中接縫情況，并調(diào)整對(duì)中偏差，厚度 10mm的板材，對(duì)中偏差 0.5mm/全長(zhǎng)；厚度 >10mm時(shí)，對(duì)中偏差 >0.8mm/ 全長(zhǎng)；在進(jìn)行異種材料或性能相差較大的材料焊接時(shí)，可以采用非對(duì)中方式焊接，具體偏置方式根據(jù)實(shí)際情況制定。6.4工藝參數(shù)的選擇和制定焊接的基本工藝參數(shù)包括：攪拌頭型號(hào)和材質(zhì)、攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度、壓入量、焊接傾角、橫向偏移量、起駐時(shí)間和停駐時(shí)間等。每次試制或批量生產(chǎn)焊接前，準(zhǔn)備與被焊材鋁合金牌號(hào)、熱處理狀態(tài)和厚度相同的試片或模擬件

16、，進(jìn)行焊接工藝參數(shù)的制定。發(fā)生下列任一情況時(shí)，應(yīng)按重新確定焊接工藝參數(shù)：a）材料牌號(hào)、厚度等發(fā)生變化；b）焊接設(shè)備更換、大修或停止使用一年以上等；c）更換工裝或改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；d）由于焊接工藝參數(shù)的原因出現(xiàn)不合格產(chǎn)品。66.5焊接焊接正式零件前，按確定的工藝參數(shù)焊接試件，檢查焊接質(zhì)量，驗(yàn)證焊接工藝參數(shù)并作好記錄。按驗(yàn)證過(guò)的工藝參數(shù)焊接正式零件。7 焊后檢驗(yàn)和試驗(yàn)7.1 表面質(zhì)量7.1.1 焊縫表面質(zhì)量應(yīng)100% 進(jìn)行目視檢測(cè)， 焊縫表面不允許有渣皮、表面溝槽及背面穿透缺陷， 目視檢測(cè)按GB/T 32259 進(jìn)行檢測(cè)。未焊透及焊接塌陷尺寸應(yīng)符合表2規(guī)定。表 2焊縫表面缺陷單位為毫米缺陷厚度范圍焊縫

17、等級(jí)級(jí)級(jí) 級(jí)未焊透當(dāng) 10不允許1.0 或 0.1 1.0 或 0.15 當(dāng) >10 1.0 1.5 1.5焊接塌陷當(dāng) 10 0.21.0 或 0.1 1.5 或 0.15 當(dāng) >10 1.0 1.5 2.0備注： 1.為焊件厚度2.兩個(gè)數(shù)取其較小值級(jí)焊縫表面不允許有飛邊， 、 級(jí)焊縫允許有飛邊。在不損傷零件厚度的情況下，允許用砂布、砂輪打磨、拋光，使接頭表面圓滑過(guò)渡。7.2內(nèi)部質(zhì)量7.2.1 焊縫內(nèi)部不允許有裂紋，焊縫內(nèi)部允許的隧道型缺陷應(yīng)符合表3的規(guī)定。表 3焊縫內(nèi)部缺陷單位為毫米缺陷厚度范圍級(jí)級(jí)級(jí)隧道缺陷缺陷橫截面最大尺寸 10 0.1 0.15 0.2 >10 0.2

18、 0.3 0.4備注：為焊件厚度焊后零件可以采用無(wú)損檢測(cè)或低倍金相檢驗(yàn)等方法進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)方式可根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。7.2.2滲透檢測(cè)按 GB/T 18851.1 和 GB/T 26953 進(jìn)行檢測(cè)。7.2.3 X 射線檢測(cè)按 GB/T 3323進(jìn)行檢測(cè)。7.2.4超聲檢測(cè)按 GB/T 11345進(jìn)行檢測(cè)。7.2.5接頭的低倍金相檢驗(yàn)按GB/T 3246.2 進(jìn)行檢測(cè)。7.3 力學(xué)性能力學(xué)性能檢驗(yàn)應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣或技術(shù)文件的要求。7.3.1拉伸試驗(yàn)和拉伸試樣制備按GB/T 2651 進(jìn)行檢測(cè)。7.3.2彎曲試驗(yàn)和彎曲試樣制備按GB/T 2653 進(jìn)行檢測(cè)。7.3.3硬度試驗(yàn)根據(jù)需要按照GB/T