铝及铝合金的激光电弧复合焊接工艺评定试验技术规范

铝及铝合金的激光电弧复合焊接工艺评定试验技术规范1范围本标准规定了铝及铝合金的激光电弧复合焊接工艺评定试验方法。本标准规定了焊接工艺试验的条件和焊接工艺评定范围，所有实际焊接操作符合第8章中列出的范围。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是未注明日期的引用文件，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(ISO4136:2001,IDT)GB/T2653—2008焊接接头弯曲试验方法(ISO5173:2000,IDT)GB/T3323—2005金属熔化焊焊接接头射线照相(ISO17636:2003,MOD)GB/T11345—2013焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定（ISO17640:2010,MOD）GB/T16475—2008变形铝及铝合金状态代号(ISO2107:2007,MOD)GB/T16672—1996焊缝工作位置倾角和转角的定义(ISO6947:1993,IDT)GB/T18851.1—2012无损检测渗透测试第一部分：总则(ISO3452—1:2008,IDT)GB/T19805—2005焊接操作工技能评定(ISO14732:1998,IDT)GB/T19866—2005焊接工艺规程及评定的一般原则(ISO15607:2003,IDT)GB/T19867.6—2016激光-电弧复合焊接工艺规程(ISO15609—6:2013,IDT)GB/T19868.4—2005基于预生产焊接试验的工艺评定(ISO15613:2004,IDT)GB/T19869.2—2012铝及铝合金的焊接工艺评定试验(ISO15614—2:2005,IDT)GB/T22085.2—2008电子束及激光焊接接头缺欠质量分级指南-铝合金(ISO13919—2:2001,IDT)GB/T22087—2008铝及铝合金的弧焊接头缺欠质量分级指南(ISO10042:2005,IDT)GB/T26955—2011金属材料焊缝破坏性试验焊缝宏观和微观检验(ISO17639:2003,MOD)GB/T27551—2011金属材料焊缝破坏性试验断裂试验(ISO9017:2001,IDT)GB/T32259—2015焊缝无损检测熔焊接头目视检测(ISO17637:2003,MOD)3术语和定义GB/T19866、GBT19867.6界定的以及下列术语及定义适用于本文件。3.1激光电弧复合焊接（Laser-archybridwelding）采用激光及电弧两种热源，形成同一个熔池进行焊接的方法，参见图1。图1激光电弧复合焊接示意图说明：1-激光束；2-电弧焊枪。4预焊接工艺规程(pWPS)应依据GB/T19867.6制定预焊接工艺规程。5焊接工艺试验试件的焊接和试验应符合第6章和第7章的要求。在满足相关试验要求的前提下，按照本标准进行焊接工艺试验并合格的焊接操作工，可视其具备取得GB/T19805或GB/T24598规定的资格。6试件6.1一般原则按照6.2规定，可用一个或若干个标准试件代替涵盖实际产品焊接组件。如果本标准所示的标准试件不能代表实际产品接头的几何要求时，则应按GB/T19868.4标准评定。试件的长度或数量应足够完成所有要求的试验。可制备若干附加试件或大于最小尺寸的试件，以便附加试验时使用或作为重新试验的试样（参见7.6）6.2试件的形状及尺寸6.2.1板与板对接接头此试件可用于全熔透对接焊缝，试件应按照图2制备。说明：1--按照pWPS规定加工坡口及组对；t--板厚；--最小宽度为150mm；b--最小长度为300mm。图2板与板对接接头试件6.2.2管与管对接接头此试件可用于全熔透的对接焊缝，试件应按照图3制备。注：所谓的“管”可单独或组合使用，指的是“管”、“管状物”或“空心型材”。说明：1--按照pWPS规定加工坡口及组对；--D--管外径；t--管壁厚。图3管与管对接接头试件6.2.3板与板T型接头此试件可用于全熔透的对接焊缝或者角焊缝，试件应按照图4制备。说明：1--按照pWPS规定加工坡口及组对；1,2--最小宽度150mm；b--最小长度300mm；t1--板1厚度；t2--板2厚度。图4板与板T型接头试件6.2.4板与板端角接头此试件可用于全熔透的对接焊缝或者角焊缝，试件应按照图5制备。说明：1--按照pWPS规定加工坡口及组对；1,2--最小宽度150mm；b--最小长度300mm；t1--板1厚度；t2--板2厚度。图5板与板端角接头试件6.2.5管与板连接接头此试件可用于全熔透接头（管在表面或管在板中或管穿过板）以及角焊缝，管与板连接接头试件应按照图6制备。管角度α为实际产品中的最小量。说明：1--按照pWPS规定加工坡口及组对；α--管角度；--板尺寸：≥D+6t₁;最小D+150mm；D--管外径；t1--板厚；t2--管壁厚；l--管长度：l≥80mm。图6管与板连接接头试件6.3试件的焊接试件的制备及焊接应按照预焊接工艺规程并在与实际焊接生产环境相近似的条件下进行。试件的焊接位置、倾角和转角范围应符合GB/T16672。如定位焊缝最终熔入接头，应在试件中包含这些定位焊缝。试件的焊接和试验应在考官或者考试机构的监督下进行。7检验和试验7.1检验和试验范围试验包括无损检测(NDT)和破坏性试验两种，具体按表1所列要求进行。产品标准可能要求做附加试验，例如：--焊缝的纵向拉伸试验；--全焊缝金属弯曲试验(或测量延伸率的特殊焊缝金属弯曲试验)；--腐蚀试验；--化学分析；--十字接头抗裂性试验。--测定屈服强度及/或延伸率的拉伸试验；表1试件的检验和试验检验范围备注(见图2和图3)外观检测射线或超声波检测渗透检测横向拉伸检测(铸件或铸锻件)1个试样1个试样a-b

续表1(见图4和图5)(见图6)外观检测渗透检测4个试样1个试样--dba厚度t≥12mm时，可用4个侧弯试样代替2个正弯和2个背弯试样。b仅针对23类组(参见附录B)及所有铸件而言。c这些试验不提供接头力学性能方面的数据。实际应用需要这些性能数据时，应做附加评定(如对接接头的试验定)。d该类接头试件(如图3所示),可只做2个宏观检验。注：超声波检测不适用于≤8mm的试件7.2试样的截取位置按照图7～图11截取试样，应当在完成全部无损检测(NDT),且检测结果符合相关评定标准的情况下截取试样。允许避开存在缺欠的焊缝区域(这些缺欠在NDT评定标准允许范围内)截取试样。图7板与板对接接头试件取样部位--1区域：去除25mm；--2区域：（1）1个拉伸试样；（2）弯曲试样或断裂试样；--3区域：附加试验试样(如有要求)；--4区域：（1）1个拉伸试样：（2）弯曲试样或断裂试样；--5区域：（1）1个宏观试样和和1个微观试样；图中为焊接方向。单向焊接(轨道焊)双向焊接(双轨焊)图8管与管对接接头试件取样部位说明：--0区域：焊道搭接区(可能多于一个)；--1区域：（1）1个拉伸试样；（2）弯曲试样或断裂试样；--2区域：附加试验试样（如有要求）；--3区域：1个宏观试样和1个微观试样；图中为焊接方向。上述区域仅为大致范围，而且焊枪的移动方向可能不同。当1个试件不能满足所有必要试样取样数量要求时，可以焊接多个试件进行取样。图9板与板T型接头试件取样部位--1区域：去除25mm；--2区域：宏观试样；--3区域：宏观试样和微观试样。图中为焊接方向。图10板与板端角接头试件取样部位--1区域：去除25mm；--2区域：宏观试样；--3区域：宏观试样和微观试样。图中为焊接方向。本图中4区域未做说明。图11管与板连接接头试件取样部位说明：--α为管角度；--在1处截取宏观试样和1个微观试样；--在2处的每个搭接区各取一个宏观试样。取样数量应与表1的要求一致。7.3无损检测在截取试样前，应当完成规定的所有焊后热处理，并完成7.1和表1中规定的全部无损检测。根据接头的几何形状、材料和工作要求，应按照GB/T32259（目视检测）、GB/T3323(射线检测)、GB/T11345(超声波检测)、GB/T18851-1(渗透检测),根据表1中的要求进行无损检测(NDT)。7.4破坏性试验7.4.1总则试验类型和检验范围应符合表1的要求。7.4.2横向拉伸试验对接接头横向拉伸试验的试样和试验应满足GB/T2651的要求。表2焊缝系数材料类别或组别(见附录B)焊前母材的自然时效自然时效自然时效自然时效a参见GB/T16475。b本表中未列出的其他状态母材，其R(w)应按设计标准取值。c时效条件应符合设计规范。dRm(pm)以“O”态下规定的拉伸强度下限为准，不考虑试验时母材的状态。e试件在焊接完成后，开始试验之前做人工时效时，效率系数T适用于T6母材条件。f如果焊后做整体热处理，可以获得更高的性能。R(w)应按设计标准取值。g焊后的时效条件及Rm(w)应按设计标准取值。7.4.3弯曲试验对接接头弯曲试验的试样应符合GB/T2653规定。所有铝合金母材的弯曲角度均为180°,弯心直径按照母材延伸率计算：--延伸率大于5%时： d=(100×ts)/A—ts（7-2）式中：d--弯心直径最大值；ts--弯曲试样的厚度(包括侧弯试样在内);A--材料标准要求的最低延伸率(异种铝合金接头应取较小值)。表3给出了用某些延伸率和厚度计算的最大弯心直径示例。为便于试验操作，弯心直径数值应取整数。根据试验室条件，允许采用较小的弯心直径。延伸率≤5%时，试验之前应做退火处理。弯心直径应采用规定的退火状态下的延伸率计算。试验过程中，试样不应在任何方向出现大于3mm的缺陷。评定时在试样边角处出现的缺陷可以忽略。表3用某些延伸率和厚度计算的最大弯心直径示例弯曲试样厚度847687.4.4断裂试验7.4.5宏观检验和微观检验7.5合格等级7.6复试8认可范围8.1概述8.2与制造商有关的条件制造商按本标准通过焊接工艺评定试验评定合格的pWPS,适用于该制造商制定相同车间(或现8.3与材料有关的条件8.3.1母材类组为了尽量减少焊接工艺评定试验的数量，将铝及铝合金按照类组进行划分(参见附录B)。附录B未包含的母材(或母材组合)应单独进行焊接工艺评定。永久衬垫材料应作为评定类组中的一种母材考虑。表4给出了同种和异种铝及铝合金接头的认可范围。表4未包含的异种铝合金接头应做特殊的评定试验，其认可范围只针对评定试验有效。为了评定力学性能，异种铝合金接头可能需要做附加试验。异种铝合金接头的评定，在使用相同焊接材料的条件下，对该类母材的低组别材料有效。表4同种和异种铝合金接头的认可范围同种接头认可范围类组异种接头认可范围类组不适用22.1、22.2、22.3和22.4之间的组合接头22.1、22.2、22.3和22.4之间的组合接头续表422.1、22.2a、22.3a和22.aaaa22.1、22.2a、22.3a和22.a不适用24.2-24.1和24.2-23.1bccc注：使用的焊接材料相同，则评定有效。a使用铝镁焊接材料。b使用铝硅焊接材料。c仅对铝合金铸件有效。8.3.2材料厚度与管径总则.1全熔透对接接头(单面与双面焊)(针对板-板、管-管)的认可范围按表5规定。表5对接接头的认可范围单位为毫米认可范围不等厚板接头应单独评定，其认可范围仅限于评定的厚度组合。.2全熔透T型接头(单面与双面焊)(针对管-板、板-板)腹板t；(见图4)厚度评定范围如表6规定。表6T型接头的认可范围单位为毫米认可范围当t1>t2时，不同板厚的组合应单独评定且仅适用于相应的组合方式。.3全熔透端角接头(单面与双面焊)角接板t(见图5)厚度评定范围如表7规定。表7角接接头的认可范围单位为毫米认可范围当t1>t2时，不同板厚的组合应单独评定且仅适用于相应的组合方式。.4全熔透管与板连接接头的认可范围用管子外径D进行的焊接工艺评定适用于表8中给出的范围。根据GB/T16672,对于外径>500mm,或者焊接位置在PA或者PC(旋转位置)且外径>150mm管子，也可用板材的评定代替。表8管材和支管连接直径认可范围认可范围≥0.5D(最小25mm)注：对于空心结构，D为较小边的长度。D为管材外径或支管外径。8.4焊接工艺机械化程度（全机械化、自动化）不同的焊接方法应单独评定。激光电弧复合焊接与其他弧焊工艺的结合时应该按照多种工艺评定。釆用多种工艺试验评定单个工艺时，应按照本标准要求进行。8.5焊接位置任一位置上的焊接试验仅适用于本焊接位置。8.6焊缝或接头的类型任何一类的焊缝/接头的焊接试验仅适用于本类的焊缝/接头。8.7焊接层数在焊接层数与评定工艺试验层数相等的情况下，本焊接工艺规范WPS有效。8.8填充材料评定用的焊接材料须满足焊接材料标准，其力学性能、化学成分应当与焊接材料标准规定值相同或相当，药皮、焊芯、焊剂种类相同，含氢量相同或更低时才能覆盖其他焊材。不允许擅自更改填充焊丝的直径。8.9电流类型认可范围仅限于焊接工艺评定试验用的电流种类(交流、直流、脉冲电流)和极性。8.10预热与道间温度要求预热时，认可的下限值就是焊接工艺评定试验开始之前所施加的预热温度。认可的上限值就是焊接工艺评定试验中的最高道间温度。8.11焊后热处理沉淀强化材料在焊接之前不允许改变其原始热处理条件。不允许增加或取消焊后热处理。除非另有规定，认可的温度范围为：焊接工艺评定试验所使用保温温度±20℃。有要求时，