T-CWAN 0060-2022 大厚度铝合金窄间隙激光填丝焊接推.荐工艺规范

CCSJ33团体标准大厚度铝合金窄间隙激光填丝焊接推荐工艺规范R-2022-05-24发布2022-07-01实施中国焊接协会发布ⅠT／CWAN0060—2022前言 2规范性引用文件3术语和定义5一般要求6工艺要求7检验方法附录A（资料性）焊接工艺规程(WPS)T／CWAN0060—2022Ⅲ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：哈尔滨焊接研究院有限公司、上海航天设备制造总厂有限公司、山推工程机械股份有限公司、哈尔滨工业大学、四川航天长征装备制造有限公司、山东省平度市技师学院。本文件主要起草人：黄瑞生、封小松、王彩凤、邹吉鹏、夏佩云、李俐群、陈健、徐锴、武鹏博、孙谦、T／CWAN0060—20221大厚度铝合金窄间隙激光填丝焊接推荐工艺规范本文件规定了铝合金材料窄间隙激光填丝焊接工艺技术的一般要求、工艺要求、质量检验方法等。本文件适用于板厚≥20mm的铝合金窄间隙激光填丝焊。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/T985.3铝及铝合金气体保护焊的推荐坡口GB/T2650焊接接头冲击试验方法GB/T2651焊接接头拉伸试验方法GB/T2654焊接接头硬度试验方法GB/T3323.1焊缝无损检测射线检测GB/T4842氩GB/T9445无损检测人员资格鉴定与认证GB9448焊接与切割安全GB/T10858铝及铝合金焊丝GB/T22087铝及铝合金的弧焊接头缺欠质量分级指南GB/T26955金属材料焊缝破坏性试验焊缝宏观和微观检验GB/T29710电子束及激光焊接工艺评定试验方法GJB2053A—2015航空航天用铝合金结构板规范GJB390A—2008航天用铝合金板材规范T/CWAN0013铝及铝合金焊丝质量评价规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1光丝间距激光束光斑在焊件上表面的中心点A，焊丝轴线与焊件上表面交点B，A、B两点间的间距，用DL3.2摆动激光焊接激光束通过可编程聚焦镜组实现以一定运动方式、运动频率、运动幅度摆动的激光焊接技术。2T／CWAN0060—2022图1激光填丝焊接光丝间距示意图3.3窄间隙焊厚板对接接头，焊前不加工坡口或只加工小角度坡口，并留有窄而深的间隙。一般通过单道多层或多道多层焊完成整条焊缝的高效率焊接方法。3.4激光能量密度焊接区域的激光输入功率与激光束作用在此区域面积的比。3.5激光入射角度激光束与焊件平面法线的夹角α的大小，见图2。图2激光入射角度示意图3.6激光填丝焊利用激光束作为热源，将送进的焊丝及母材熔化形成焊缝的焊接方法。3.7坡口组配间隙窄间隙坡口的上表面宽度，用b表示见图3。坡口组配间隙b应大于该平面光斑的直径D，即b＞T／CWAN0060—20223D，摆动激光焊接时，b＞D+2a，其中a为激光束运动半径。图3窄间隙坡口组配间隙示意图3.8离焦量激光束束腰中心距焊件上表面的距离。表1给出本文件所用到的符号及相应的含义说明。表1符号及说明符号说明单位L试板长度t1试板钝边厚度t2母材厚度b坡口组配间隙λ坡口角度(°)cj激光束运动方式(—)a激光束运动半径vf激光束运动频率HzP激光功率kWvh焊接速度m/minDf离焦量Q保护气体流量L/minW焊缝宽度H焊缝余高DL光丝间距vs送丝速度m/min4T／CWAN0060—20225一般要求5.1.1焊接操作人员应经过系统的理论学习和培训，具备足够的焊接专业知识和技能，熟悉激光填丝焊接设备的操作规范。5.1.2焊接检验人员应经过相关检验知识理论学习和培训，并取得相应的资格证书。5.1.3无损检测人员应取得GB/T9445规定的2级以上资格证书，或依据其他相关标准进行培训、考核，并取得相应的资格证书。5.1.4现场操作人员应佩戴对应波长范围的安全护目镜，现场人员所在位置应注意避开激光束的反射。5.2.1激光器、激光头、送丝设备、相关仪器仪表等应经过检定合格方可使用，并按照相关要求定期进行检修及检定。5.2.2设备在安装、搬迁、大修或停止使用1年以上时，应进行检定并进行工艺参数确认，合格后方可使用。5.2.3激光焊接设备连入的电源网路电压波动范围不应超过额定值的±10%,否则应配备稳压器。5.2.4激光器使用一段时间或者更换激光发生物质后，应检查激光功率输出情况，并进行工艺参数确认。5.2.5设备应具有侧吹保护装置，以免激光焊接中产生的高压金属蒸气粒子污染激光头保护镜片。5.2.6设备应安装惰性气体保护装置。推荐使用长方形拖罩气体保护装置，可以增加气体保护范围。5.3.1铝合金板及焊丝应具有生产厂家提供的质量保证书，如有必要应按照相关标准进行复验。5.3.2铝合金板应满足设计图样及相关技术文件等的规定，另外，板材的成分、表面质量、规格、力学性能等应符合和中的有关规定或技术条件的要求。5.3.2.1为了降低焊接缺陷提高焊缝质量，铝合金板应在焊接前4h以内去除坡口表面氧化膜和油污。5.3.2.2当铝合金板尺寸较小时推荐坡口表面处理方法为化学清洗，首先用酒精清洗铝合金坡口，去除油污后，用10%NaOH溶液清洗约10min去除氧化膜，然后用30%HNO3溶液亮化处理约1min,最后清水冲洗、烘干；当铝合金板尺寸较大时推荐表面处理方法为激光清洗。5.3.3铝及铝合金焊丝应符合GB/T10858及T/CWAN0013的相关规定。5.3.3.1铝合金焊丝应存放在干燥、通风良好的库房中，不允许露天存放或放在有有害气体和腐蚀性介质的室内，室内温度应控制在10℃~15℃,相对湿度≤60%。室内应保持整洁。堆放时不宜直接放在地面上，宜放在离地面和墙壁≥300mm的架子或垫板上，以保持空气流通，防止受潮。5.3.3.2铝合金焊丝应在开包后48h内使用，未用完的焊丝应采用真空密封保存，并做好标记。5.3.4保护气体氩气应符合GB/T4842的要求，纯度不小于99.99%,露点在-50℃以下。5.4.1焊接环境干净整洁，应设立独立的焊接工作室内空调房，并具备排气装置，空调房安装警示装置，激光焊接作业时启用，焊接作业时禁止人员在内，防止激光伤人。5.4.2为防止激光器结露，工作空调房的温度、湿度应控制在对应型号激光器结露点以上并保持恒定。5T／CWAN0060—20225.5坡口制备采用对接接头进行焊接试验，可采用单面焊接或双面焊接，坡口组配间隙应大于该平面激光束光斑的直径，推荐采用的坡口形式见表2。表2推荐采用坡口形式单位为毫米序号坡口示意图坡口种类规格尺寸坡口角度坡口组配间隙钝边1I形坡口00.5≤≤3—2V形坡口λ≤4°3≤b≤1003Y形坡口λ≤4°3≤b≤10t4双Y形坡口λ≤4°3≤b≤10t5U形坡口λ≤4°3≤b≤10t6T／CWAN0060—2022表2推荐采用坡口形式（续）单位为毫米序号坡口示意图坡口种类规格尺寸坡口角度坡口组配间隙钝边6双U形坡口λ≤4°3≤b≤10t7双V形坡口λ≤4°3≤b≤1006工艺要求表面粗糙度应≤10μm。6.1.2铝合金厚板在焊接前需对材料的轧制方向进行区分，焊接方向尽量与轧制方向一致。6.1.3铝合金厚板在焊接前需对材料沿厚度方向的力学性能分布均匀性进行检测，以避免厚板焊接接头存在较大的区域性力学性能差异。6.1.4铝合金试板应根据厚度设计反变形，保证焊后焊接试板平整和根部不致开裂。6.2试板装配及焊接条件6.2.1铝合金焊接工装在焊接过程中不允许与激光头、激光束、保护气拖罩、送丝装置等可移动部件发生干涉。6.2.2焊接工装建议采用紧固螺栓方式与待焊工件贴实并保持稳定，工件不能在焊接过程中发生偏位。6.2.3出光之前，应确保激光头气刀及焊接保护气体处于打开状态。6.2.4保护气拖罩应对准熔池中心并距离焊件表面一定高度，防止拖罩强气流影响焊缝成形。6.2.5激光入射方向宜与工件法向呈10°~15°夹角，以防止激光反射损坏激光头。6.2.6建议采用前送丝的焊丝填充方式，送丝装置不应在焊接过程中发生晃动。6.2.7焊接工装应使对接试件的焊接坡口组配间隙偏差及错边量在规定范围内，表3给出了对接试件焊接坡口组配间隙偏差要求，表4给出了对接试件焊接装配错边量要求。7T／CWAN0060—2022表3对接试件焊接坡口组配间隙偏差要求单位为毫米母材厚度20≤t2≤5050<t2≤100t允许的组配间隙偏差≤0.5≤1≤1.5表4对接试件焊接装配错边量要求单位为毫米母材厚度20≤t2≤5050<t2≤100t允许的错边量≤0.1≤0.2≤0.56.3焊接6.3.2根据钝边厚度可选择双面打底或单面打底焊，双面坡口推荐采用双面打底焊，单面坡口推荐采用单面打底焊；双面打底焊时，双面打底焊熔深需超过钝边厚度，单面打底焊接时，需单道焊透，双面成形。打底焊接时焊缝背面需要通入惰性气体进行保护。6.3.3打底焊接后观察焊缝表面及熔深情况，如发现表面成形不良或熔深不足应进行焊缝修正或返修重新焊接。6.3.4间隙内部每次焊接之前去除待焊区域氧化物，然后采用无尘布蘸取酒精对待焊区表面进行擦拭，确认无杂质异物后方可进行下一道次焊接操作。6.3.5每道焊接之后观察焊缝熔合及表面成形情况，如发现熔合不良或成形不良应进行焊缝修正或返修重新焊接。6.3.6焊接过程应根据坡口间隙变化，适时调整工艺参数以实现单道多层填充而完成整条焊缝的焊接，避免坡口过小影响激光可达性。6.3.7为抑制铝合金焊接气孔，优化焊缝表面成形，保证良好的窄间隙侧壁熔合及层间熔合情况，激光束宜采用较高的运动速度及运动半径。6.3.8焊接过程可采用拖罩、拖罩与喷嘴结合的方式对焊接熔池和高温区域进行保护，特殊情况下可在惰性气体保护舱或真空舱内焊接。6.3.9焊接过程中应至少提前5s通入保护气体，焊后应至少延时5s停气。若在惰性气体保护舱内焊10Pa。6.3.11在产品结构允许设置引焊、收弧板的情况下，可将焊接起点、终止点分别设置于引焊、收弧板之上，引焊收弧板应采用与母材相同材料。6.3.12在产品结构不允许设置引焊收弧板的情况下，可采用起始点低速焊接、终止点功率与速度匹配缓降功率的方法来避免焊接起始点填丝量不足、终止点产生弧坑。6.3.13打底焊接推荐工艺参数参照表5进行选择，填充焊激光填丝焊接推荐工艺参数参照表6进行选择。6.3.14填充焊宜采用激光摆动填丝焊，焊丝直径宜选取1.0mm或1.2mm,送丝角度选取45°~正面保护气体侧吹角度取8T／CWAN0060—2022表5铝合金打底层激光焊接推荐工艺参数激光功率/kW焊接速度/(m/min)离焦量/mm保护气体流量/(L/min)0~1015~253~50~1015~25≥5≥4.00~1015~25表6铝合金填充层激光填丝焊接推荐工艺参数母材厚度激光功率kW焊接速度m/min离焦量送丝速度m/min保护气体流量L/min光束运动半径光束运动频率Hz20~300~515~2550~25030~500~815~2550~250≥500~1015~2550~2506.4.1焊缝正面、背面余高超过上限或向母材急剧过渡时，可采用磨削等方式对余高进行修整至圆滑过渡。6.4.2焊缝表面的气孔、夹杂物、焊瘤、飞溅、裂纹可采用磨削等方式进行修整。6.4.3可采用修饰焊对焊件表面气孔、咬边缺陷进行修整。6.4.4返修焊应编制工艺文件，返修焊工艺文件应包括返修位置、返修焊接方法、焊接工艺参数、质量要求等内容。6.4.5对于内部气孔、夹杂、裂纹缺陷、层间未熔合（缺陷深度不大于10mm),应首先对缺陷进行排挖，确认缺陷排挖彻底后，再采用激光填丝焊接方法进行返修。6.4.6对于根部收缩缩沟、未焊满（含凹坑）缺陷，可采用激光填丝焊接方法进行填充返修，返修前需清理焊缝表面多余物及氧化膜。7检验方法7.1焊接接头的检验项目见表7,取样位置示意见图4,图4中舍去的接头长度应大于5mm。若有特殊的使用条件所需的试验由供需双方协商确定补充检验项目。表7试件的检验与试验试件状态试验种类试验比例或数量焊后检验外观检验射线检验拉伸性能试验硬度检验焊接变形检验冲击性能检验宏观金相检验100%100%31100%12T／CWAN0060—20229图4对接接头试样尺寸及截取位置7.2外观检验7.2.1可通过肉眼或放大镜对焊缝外形尺寸及表面质量进行检查。7.2.2焊缝几何尺寸应符合设计图纸要求。7.2.3焊缝表面成形应均匀、致密、平滑向母材过渡，不应有裂纹、未熔合、咬边及气孔等缺陷。焊缝尺寸应符合表8的要求。表8焊缝外观要求母材厚度/mm20≤t2≤5050<t2≤100t焊缝宽度/mmW≤8W≤10W≤13焊缝余高/mmH≤4H≤4.5H≤57.3焊接变形检验焊接试板变形度检验可通过对接试件焊后表面夹角进行测定，为保证测量精度，测定仪器推荐采用法如三坐标形位公差测量仪。焊接接头整体变形度应符合表9的规定。表9焊接接头整体变形度母材厚度/mm20≤t2≤5050<t2≤100t变形度/(°)≤0.5≤1.0≤1.5焊接接头推荐采用射线检验，应按照GB/T3323.1执行，焊缝内部允许存在的缺欠尺寸和数量应符合相关工艺规程文件的规定，文件没有规定的，应符合表10的要求。表10焊缝内部允许存在的缺欠焊缝等级缺欠种类缺欠尺寸/mm最小距离/mm缺欠个数／个Ⅰ内部气孔、夹杂或裂纹000Ⅱ,且不大于最大缺陷2倍≤4Ⅲ,且不大于最大缺陷5倍≤8T／CWAN0060—20227.5拉伸性能检验7.5.1焊接接头拉伸试样尺寸及拉伸试验按照GB/T2651的规定进行，取样位置参照图5。图5拉伸试样取样位置示意图7.5.2焊接接头拉伸试样的焊缝余高应以机械方法去除，使之与母材齐平。7.5.3焊接接头拉伸试样取样数量按照表11的规定进行，拉伸试样应覆盖焊缝全厚度。表11焊接接头拉伸试样取样数量母材厚度/mm20≤t2≤5050<t2≤100100<t2拉伸试样数量／个2~55~10>107.6冲击性能检验7.6.1焊接接头冲击试验按照GB/T2650的规定执行。冲击试验试样的取样位置见图6,沿厚度方向7.6.2试样的纵轴与焊缝长度方向垂直，缺口面垂直于试件表面，缺口形式不限。图6冲击试样取样位置示意图7.7硬度检验7.7.1焊接接头硬度试验按照GB/T2654的要求进行。7.7.2硬度试样制备完成后进行适当腐蚀，以便于确定焊接接头不同区域的硬度测量位置。7.7.3硬度试验应覆盖焊接接头横截面表层、中层、底层和纵向焊缝中心区硬度。横向测量时每隔T／CWAN0060—20220.5mm~2mm的距离测试一