淺析團體標準T/CWAN 0013—2019《鋁及鋁合金焊絲質(zhì)量評價規(guī)范》

鄭桂紅 馬青軍 徐鍇 方乃文 陳建國

摘要：闡述了T/CWAN 0013-2019 《鋁及鋁合金焊絲質(zhì)量評價規(guī)范》的主要條款及其與GB/T 10858-2008 《鋁及鋁合金焊絲》的差異，淺析了增加和變更這些條款的原因。分析表明，該團體標準的制定能夠在很大程度上促進國內(nèi)鋁及鋁合金焊絲的發(fā)展，為國內(nèi)焊接材料評價標準體系的構(gòu)建提供基礎(chǔ)，但該標準部分條款及引用文件仍值得商榷，相關(guān)部門應(yīng)盡快予以更正或出具相應(yīng)的修改單。

關(guān)鍵詞：團體標準;國家標準;試驗方法;規(guī)范

中圖分類號：TG422.3 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：1001-2003（2021）06-0027-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.06.05

0 ? ?前言

由于鋁及鋁合金具有較高的比強度、比模量及良好的斷裂韌性、疲勞強度和耐腐蝕穩(wěn)定性等優(yōu)點，其焊接構(gòu)件廣泛應(yīng)用于鐵道車輛、航空航天、化工容器及汽車等領(lǐng)域，這促使與其相關(guān)的鋁及鋁合金焊絲需求量逐漸增加[1]。為了確保鋁及鋁合金焊絲的產(chǎn)品質(zhì)量，國家標準化管理委員會在2008年發(fā)布實施了GB/T 10858-2008《鋁及鋁合金焊絲》 （以下簡稱國家標準），該標準中規(guī)定了鋁及鋁合金實心焊絲和填充絲的分類和型號、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志及品質(zhì)證明書[2]。中國焊接協(xié)會在2020年起草并發(fā)布了T/CWAN 0013-2019 《鋁及鋁合金焊絲質(zhì)量評價規(guī)范》 （以下簡稱團體標準），該標準涵蓋了國家標準要求，同時也考慮了近十幾年來焊接行業(yè)對鋁及鋁合金焊接材料提出的新技術(shù)要求[3]。相比于國家標準，團體標準對化學(xué)成分提出了新的規(guī)定，增加了熔敷金屬力學(xué)性能、焊絲抗拉強度、X射線探傷、送絲穩(wěn)定性、裂紋敏感性及耐腐蝕性等條款。因此，為了能夠更好地貫徹實施該團體標準以及便于焊接材料生產(chǎn)和制造加工企業(yè)使用，文中解析了其主要條款并提出了相關(guān)建議。

1 化學(xué)成分

團體標準規(guī)定鋁及鋁合金焊絲化學(xué)成分應(yīng)符合國家標準，國家標準是修改采用了ISO 18273：2004《Welding consumables—Wire electrodes wires and rods for welding of aluminum and aluminum alloys—Classification》，國際TC44 SC3技術(shù)委員會在2015年發(fā)布的新版ISO 18273標準中增加了部分焊絲型號[4]。國家標準中規(guī)定化學(xué)分析可采用任何適宜的方法，但是仲裁試驗應(yīng)采用GB/T 6987《鋁及鋁合金化學(xué)分析方法》系列標準進行，然而全國有色金屬標準化技術(shù)委員會在2008年開始對6987系列標準進行了修訂并依據(jù)各元素的檢測方法形成了GB/T 20975《鋁及鋁合金化學(xué)分析方法》系列標準，同時還引進了新的檢測方法，至今為止該系列標準仍有部分在修訂中，因此團體標準中規(guī)定仲裁試驗應(yīng)采用最新的20975系列標準[5-6]。

除了上述化學(xué)成分的仲裁標準變更外，本次團體標準的修訂還提出了焊絲中氫的含量應(yīng)小于0.002 5%，國家標準及ISO 18273中均未提出該項要求。

提出該指標是由于焊接接頭中的氣孔分為氫氣孔、氮氣孔及二氧化碳氣孔等，實驗證明鋁及鋁合金焊縫中的氣孔普遍認為是由氫引起的[7]。鋁及鋁合金焊接接頭產(chǎn)生氫氣孔的原因與其在鋁中的溶解度變化有關(guān)，平衡條件下氫的溶解度變化如圖1所示，凝固時由0.69 mL/100 g突降至0.036 mL/100 g，相差約20倍，這是導(dǎo)致鋁焊縫產(chǎn)生氫氣孔的主要原因之一[8]。

氫氣孔的存在會降低焊接接頭有效承載面積，同時也會降低接頭的疲勞壽命。何超等人采用超聲波疲勞試驗方法對5052-H32鋁合金的焊接接頭進行疲勞試驗表明焊接缺陷（氣孔）是誘發(fā)疲勞裂紋萌生的主要原因，圖2表明疲勞裂紋通常由位于表面或次表面的氣孔處開始擴展，導(dǎo)致最終的斷裂[9]。張德雨使用掃描電鏡觀察疲勞試件的斷口發(fā)現(xiàn)起裂位置存在氣孔、夾渣等缺陷，試件1-2和5-3的疲勞源存在氣孔，試件1-3和4-2的疲勞源存在氧化物夾渣，同時發(fā)現(xiàn)焊接接頭的疲勞壽命隨著缺陷體積及數(shù)量的增加而明顯降低[7]。宋哲等人使用輻射X射線三維高精度原位成像技術(shù)識別和統(tǒng)計了激光復(fù)合焊接7020鋁合金接頭中氣孔數(shù)量、形貌、尺寸和空間位置，并結(jié)合焊縫晶粒大小定義了7020鋁合金激光復(fù)合焊接頭中影響疲勞性能的氣孔臨界尺寸為30 μm[10]。鑒于氫氣孔會導(dǎo)致焊接接頭性能惡化且焊接材料是氫的主要來源之一，因此新標準要求嚴格控制焊絲中的氫含量。

2 力學(xué)性能

相對于國家標準而言，團體標準增加了熔敷金屬力學(xué)性能及焊絲抗拉強度要求。

熔敷金屬抗拉強度分類限定保護氣體為純氬氣，試樣狀態(tài)為焊態(tài)，并且給出了試驗用母材、試件制備、拉伸試樣取樣位置及焊接參數(shù)等要求。該團體標準中規(guī)定試板尺寸及取樣位置應(yīng)符合圖4的規(guī)定，圖4中給出了兩個拉伸試樣的取樣位置，也就是應(yīng)該取兩個試樣分別進行拉伸試驗，這與國內(nèi)大部分焊接材料標準規(guī)定的只取一個拉伸試樣不同，所以團體標準的條款中應(yīng)明確熔敷金屬拉伸試樣的取樣個數(shù)。焊接焊接材料熔敷金屬試件時需要嚴格控制預(yù)熱溫度及道間溫度，有些試板還需要進行焊后熱處理。測溫點位置如圖4所示，同時標準給出了推薦的溫度規(guī)范（見表1）。由表1可知，母材型號為5XXX、6XXX及7XXX的母材均不需要熱處理，則表1中的熱處理溫度一欄應(yīng)該刪掉。另外該標準中沒有給出測量溫度的標準，應(yīng)該增加相關(guān)規(guī)范性引用文件GB/T 18591-2001《焊接 預(yù)熱溫度、道間溫度及預(yù)熱維持溫度的測量指南》[11]。

焊絲抗拉強度試驗要求在焊絲成品上取2個試樣，取平均值為最終的焊絲抗拉強度。試驗用焊絲表面應(yīng)光潔，無折痕、毛刺、劃痕、凹坑、裂紋、銹蝕、氧化皮等缺陷，試驗方法執(zhí)行GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》的附錄C[12]。GB/T 228.1附錄C規(guī)定的是直徑或厚度小于4 mm線材、棒材和型材使用的試樣類型而非試驗方法，因此團體標準該處應(yīng)該改為執(zhí)行GB/T 228.1而不是執(zhí)行其附錄C。

3 X射線探傷

團體標準中規(guī)定焊接試板X射線探傷試驗按GB/T 22087-2008《鋁及鋁合金的弧焊接頭 缺欠質(zhì)量分級指南》規(guī)定進行，也可由供需雙方協(xié)商確定其他方法，探傷結(jié)果應(yīng)符合GB/T 22087表2中的B級規(guī)定[13]。然而GB/T 22087只是一個分級指南，不是試驗方法標準，也不是驗收標準，其中B級規(guī)定的檢測項目無法全部用X射線探傷試驗來確定，還需要配合相應(yīng)的宏觀檢測。

綜上所述，團體標準中規(guī)定的X射線探傷試驗方法與驗收標準欠妥，驗收標準改為GB/T 37910.2-2019《焊縫無損檢測 射線檢測驗收等級 第2部分：鋁及鋁合金》較為合適[14]。該標準將鋁及鋁合金對接焊縫射線檢測缺欠顯示的驗收等級分為1、2和3共3個，適用于通過比較GB/T 3323.1-2019 《焊縫無損檢測 射線檢測 第1部分：X和伽瑪射線的膠片技術(shù)》與GB/T 3323.2-2019 《焊縫無損檢測 射線檢測 第2部分：使用數(shù)字化探測器的X和伽瑪射線技術(shù)》檢測出的焊縫射線底片或圖像上的缺欠尺寸與標準中規(guī)定的缺欠限值來判定被檢測焊縫是否滿足焊縫質(zhì)量等級[15-16]。另外，該標準在通則中要求焊縫射線檢測前應(yīng)按GB/T 32259-2015《焊縫無損檢測 熔焊接頭目視檢測》進行目視檢測和評定[17]。綜上可知，GB/T 37910.2是對鋁及鋁合金對接焊縫射線檢測及目視檢測缺欠驗收的綜合標準，因此團體標準可引用該標準。另外射線無損檢測標準可改為GB/T 3323.1或GB/T 3323.2相關(guān)規(guī)定，而目視檢測應(yīng)符合GB/T 32259。

4 附錄

4.1 附錄A送絲穩(wěn)定性試驗方法

附錄A詳細描述了送絲穩(wěn)定性的方法，包括焊接及非焊接狀態(tài)下送絲性能測試并給出了送絲性能量化評價的參數(shù)。隨著國內(nèi)焊接材料由量變向質(zhì)變過渡，國內(nèi)焊接材料生產(chǎn)商及使用廠家越來越關(guān)注焊絲的送絲穩(wěn)定性對焊接質(zhì)量的影響，該團體標準在國內(nèi)首次提出該方法，可在很大程度上促進鋁及鋁合金焊絲質(zhì)量的發(fā)展，同時也為其余種類焊絲送絲穩(wěn)定性的評價提供參考，但沒有給出裝置示意簡圖，這不利于標準使用者來使用該方法進行試驗。

4.2 附錄B裂紋敏感性試驗方法

該附錄推薦裂紋敏感性試驗的焊接規(guī)范見表2，熔敷金屬力學(xué)性能焊接規(guī)范見表3。通過對比表2、表3可知，直徑為1.2 mm的焊絲規(guī)范存在一定差異，建議將兩個焊接規(guī)范進行統(tǒng)一，在同一焊接規(guī)范下來評價焊絲較為合理。

4.3 附錄C耐腐蝕性能試驗方法

附錄C中規(guī)定了耐腐蝕性能試驗的條件、方法及數(shù)據(jù)處理要求。該試驗需要至少準備3個平行試樣，試樣尺寸如圖5所示。團體標準的條款3.10規(guī)定焊接接頭的耐蝕性能由供需雙方協(xié)商確定，該標準為焊絲的評價體系，應(yīng)該測定焊接材料熔敷金屬的耐蝕性能更為合理，這樣也可與試樣尺寸相對應(yīng)，如果為焊接接頭則應(yīng)該表明具體的取樣位置。

5 結(jié)論

該團體標準基于當前焊接行業(yè)對鋁及鋁合金焊絲的需求提出了新的技術(shù)要求，這將在很大程度上促進提升國內(nèi)鋁及鋁合金焊絲的制造水平，從而更好地確保焊接構(gòu)件的質(zhì)量。不足之處是標準中部分條款描述不清晰，引用的規(guī)范性文件存在錯誤，這不利于標準的推廣與使用。起草單位或相關(guān)部門應(yīng)盡快予以更正或發(fā)布修改單，因為該標準的發(fā)布實施正處于國內(nèi)焊接材料由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時期，該團體標準的進一步完善可成為國內(nèi)焊接材料評價標準體系的構(gòu)建基礎(chǔ)并引領(lǐng)其發(fā)展趨勢。

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