鈦及鈦合金用焊接材料標(biāo)準(zhǔn)與工藝方法標(biāo)準(zhǔn)概述

前言

鈦及鈦合金具有強(qiáng)度大、耐熱性好、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21 世紀(jì)的金屬”，是具有良好應(yīng)用前景的新型結(jié)構(gòu)材料。鈦及鈦合金不僅在航空航天工業(yè)中有著十分重要的應(yīng)用，而且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、石油、輕工、冶金、發(fā)電等許多工業(yè)領(lǐng)域［1-2］，包括各種深海載人深潛器耐壓殼體、全鈦合金外殼的核潛艇、導(dǎo)彈飛行尾翼、人體植入關(guān)節(jié)等 裝備。由于零部件的加工成形要求高，焊接已成為鈦及鈦合金必不可少的連接技術(shù)。

近些年來(lái)，我國(guó)針對(duì)鈦及鈦合金的焊接研究和應(yīng)用呈現(xiàn)井噴勢(shì)頭。根據(jù)知網(wǎng)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，截至目前，中文期刊發(fā)表的鈦及鈦合金的焊接文獻(xiàn)達(dá) 1 042篇，其中 20 世紀(jì)僅發(fā)表 70 篇，21 世紀(jì)以來(lái)，前 10 年共發(fā)表 243 篇，年均超過(guò) 20 篇，近 10 年達(dá)到 700 篇，年均超過(guò) 60 篇。其中，涉及激光焊的論文接近 200篇。上述統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，鈦及鈦合金類(lèi)新型金屬材料的焊接，特別是該類(lèi)材料的高能束焊接工藝越來(lái)越多地得到重視和應(yīng)用［3-11］。

為了滿(mǎn)足鈦及鈦合金焊接方面的使用要求，近幾年我國(guó)陸續(xù)發(fā)布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共 7 項(xiàng)［12-18］，其中包括 GB/T 30562-2014《鈦及鈦合金焊絲》，GB/T37901-2019《高溫鈦合金激光焊接技術(shù)要求》等。這些標(biāo)準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單地分為三類(lèi)：第一類(lèi)是關(guān)于鈦及鈦合金焊接材料，第二類(lèi)是涉及鈦及鈦合金焊接工藝方法，第三類(lèi)是有關(guān)鈦及鈦合金焊縫缺陷的無(wú)損探傷。本文針對(duì)這三類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行評(píng)述，并對(duì)鈦及鈦合金焊接的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1、鈦及鈦合金用焊接材料標(biāo)準(zhǔn)概述

自 20 世紀(jì) 60 年代我國(guó)開(kāi)始制造鈦制焊接容器以來(lái)，一直遵循著焊絲成分與母材相同的原則，迄今為止仍能在很多教材和手冊(cè)中發(fā)現(xiàn)此類(lèi)表述。

直到 1999 年以前，我國(guó)沒(méi)有雜質(zhì)成分低于普通鈦材的國(guó)家或行業(yè)鈦焊絲標(biāo)準(zhǔn)。低質(zhì)量的鈦焊絲降低了整個(gè)鈦制設(shè)備的塑性?xún)?chǔ)備，拉低了我國(guó)鈦制設(shè)備的質(zhì)量水平。2014 年，我國(guó)開(kāi)始發(fā)布實(shí)施 GB/T30562—2014《鈦及鈦合金焊絲》，其主要技術(shù)內(nèi)容等同采用 ISO 24034：2010。GB/T 30562—2014 中的焊絲牌號(hào)有 34 個(gè)，產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)豐富，與國(guó)際接軌，完善了標(biāo)準(zhǔn)體系，其轉(zhuǎn)化制訂對(duì)促進(jìn)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有深遠(yuǎn)意義。目前雖然 ISO 24034：2020 已經(jīng)發(fā)布實(shí)施，但技術(shù)內(nèi)容變化不大，主要是刪除了Ti4810 牌號(hào)的焊絲。

2、鈦及鈦合金焊接工藝方法標(biāo)準(zhǔn)評(píng)述

有關(guān)鈦及鈦合金焊接工藝方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要有 3 項(xiàng)：GB/T 40801-2021《鈦、鋯及其合金的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)》、GB/T 36234-2018《鈦及鈦合金、鋯及鋯合金熔化焊焊工技能評(píng)定》和 GB/T 37901-2019《高溫鈦合金激光焊接技術(shù)要求》。

2.1 GB/T37901-2019《高溫鈦合金激光焊接技術(shù)要求》

隨著航天型號(hào)產(chǎn)品、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶/核電汽輪機(jī)等先進(jìn)裝備的發(fā)展，耐熱型高溫鈦合金的研制和應(yīng)用得到了快速發(fā)展，目前使用溫度在 600 ℃以上的高溫鈦合金已有數(shù)十種。激光焊接能量集中，焊縫熱影響區(qū)狹窄，焊接接頭力學(xué)性能優(yōu)良，焊接變形小，零件焊后加工工序少，在工業(yè)制造領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［19］。2019 年發(fā)布的國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn) GB/T 37901 正是為了盡快解決因相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失所導(dǎo)致的高溫鈦合金激光焊接技術(shù)發(fā)展和推廣應(yīng)用中的問(wèn)題。

標(biāo)準(zhǔn) GB/T 37901-2019 規(guī)定了高溫鈦合金激光焊接頭成形的工藝過(guò)程、質(zhì)量要求及檢測(cè)要求等，并對(duì)適用的材料厚度及材料體系作出了規(guī)定：適用于厚度 0.5~8.0 mm，近 α 型、α+β 型高溫鈦合金（對(duì)應(yīng) ISO/TR 15608 規(guī)定的 52、53 型）。結(jié)合高溫鈦合金激光焊接工藝特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)主要明確規(guī)定了 12 類(lèi)影響焊接質(zhì)量的因素或接頭質(zhì)量評(píng)判要素，具體包括：焊接和檢驗(yàn)人員、設(shè)備及儀器儀表、母材材料以及填充材料、焊接生產(chǎn)環(huán)境、零件焊前加工狀態(tài)、零件的焊前清理和裝配、產(chǎn)品焊接工藝評(píng)定、接頭的三個(gè)質(zhì)量等級(jí)、接頭外觀質(zhì)量、焊縫表面顏色、焊縫內(nèi)部質(zhì)量、接頭力學(xué)性能（主要是橫向拉伸強(qiáng)度）等。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)接頭缺陷允許補(bǔ)焊返修的范圍和返修工藝、接頭焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)要求與檢驗(yàn)方法等進(jìn)行了規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容覆蓋范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)。

此 外，GB/T 37901-2019 標(biāo) 準(zhǔn)還引用了 GB/T6417.1-2005 和 ISO 6520-1：1998 中金屬熔化焊焊接接頭缺欠分類(lèi)方法，借鑒 GB/T 22085.2-2008 和 ISO13919-2：2001 中高能束焊接接頭易出現(xiàn)的缺欠類(lèi)型，結(jié)合激光焊接特點(diǎn)及高溫鈦合金材料特性，明確了缺欠質(zhì)量等限值及質(zhì)量檢測(cè)方法，并對(duì)影響高溫鈦合金激光焊接質(zhì)量的工藝過(guò)程進(jìn)行了規(guī)定，整體水平與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。需要指出的是，該標(biāo)準(zhǔn)給出的激光焊技術(shù)要求對(duì)于其他類(lèi)型鈦合金的焊接也有指導(dǎo)意義。

2.2 GB/T40801-2021《鈦、鋯及其合金的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)》

由于鈦及鈦合金材料的特殊性，焊接工藝參數(shù)的確定尤為重要，實(shí)際操作中稍有疏忽就會(huì)導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生，且修復(fù)成本昂貴。焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)是制定科學(xué)合理工藝規(guī)程的必要手段。目前我國(guó)在鈦及鈦合金的焊接工藝評(píng)定上的主要短板就是標(biāo)準(zhǔn)缺失。

2004年頒布的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 15614-5《金屬材料焊接工藝規(guī)程及評(píng)定焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)第 5 部分：鈦、鋯及其合金的弧焊》受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，有些行業(yè)依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)制定相應(yīng)的規(guī)程，在其成員國(guó)范圍內(nèi)廣泛使用。GB/T 40801-2021 正是以國(guó)際接軌為目標(biāo)，按照 ISO 15614-5：2004 的原則修改制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，它是我國(guó)首次發(fā)布的有關(guān)鈦及鈦合金的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為鈦及鈦合金的焊接工藝評(píng)定提供了必要的技術(shù)指南。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了包括鈦及鈦合金材料在內(nèi)的金屬材料焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)要求，具體適用的焊接方法 包括三種弧焊工藝：熔化極惰性氣體保護(hù)焊（MIG）、鎢極惰性氣體保護(hù)焊TIG）和等離子弧焊（PAW）。

標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)試件形式作出了規(guī)定，原則上要求試件制備采用與實(shí)際生產(chǎn)條件相同或相近的工藝進(jìn)行焊接，并具有典型性和代表性。具體試件分為四類(lèi)：板對(duì)接焊縫試件、管子對(duì)接焊縫試件、T 型接頭角焊縫試件和支管試件。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種試件的尺寸只推薦了下限值，主要是考慮可以提供足夠數(shù)量的試樣。

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)和檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了具體規(guī)定，即按照不同試件類(lèi)型給出了相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)量要求，內(nèi)容如表 1 所示。此外，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了各類(lèi)試樣的取樣部位，其基本原則是：針對(duì)不同試驗(yàn)項(xiàng)目，選擇試件相對(duì)薄弱的位置取樣，確保評(píng)定后獲取的焊接參數(shù)安全系數(shù)最大。

標(biāo)準(zhǔn)要求所有試驗(yàn)/檢驗(yàn)依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估驗(yàn)收按 GB/T 19418 規(guī)定進(jìn)行。一般內(nèi)部缺欠按B級(jí)質(zhì)量等級(jí)驗(yàn)收，表面缺欠按C級(jí)質(zhì)量等級(jí)驗(yàn)收?？紤]到鈦及鈦合金的焊接特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了焊縫表面的顏色要求，銀色和黃色為合格，靠近保護(hù)氣體界限處允許有窄條狀深色帶，但出現(xiàn)暗褐色、紫色、藍(lán)色、灰色或灰白色則為不合格。

對(duì)于復(fù)試要求，與其他大多數(shù)材料的焊接工藝判定試驗(yàn)基本一致，即某項(xiàng)試驗(yàn)不合格，允許對(duì)該項(xiàng)做加倍復(fù)試。復(fù)試的試樣必須全部合格，其焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)才合格，否則焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)失敗。

該標(biāo)準(zhǔn)非常詳細(xì)地規(guī)定了工藝評(píng)定的認(rèn)可范圍，確定認(rèn)可范圍的原則是：將試驗(yàn)中對(duì)焊縫質(zhì)量有影響的焊接參數(shù)（或變量）挑選出來(lái)并限定其變化范圍，當(dāng)這些參數(shù)（或變量）的變化超出允許范圍，導(dǎo)致焊縫質(zhì)量變化時(shí)，需要做新的焊接工藝評(píng)定。這些參數(shù)包括：

（1）母材類(lèi)組：本標(biāo)準(zhǔn)以附錄的形式規(guī)定了母材的類(lèi)組劃分，具體如表 2 所示。并在此基礎(chǔ)上規(guī)定了不同類(lèi)組之間的認(rèn)可范圍。

注：①52 類(lèi)組包含的合金：Ti-0.2Pb；Ti-2.5Cu；Ti-5Al-2Sn；Ti-8Al-1Mo-1V；Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo；Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo。 ②53 類(lèi) 組包含的合金：Ti-3Al-2.5V；Ti-6Al-4V；Ti-6Al-6V-2Sn；Ti-7Al-4Mo。③54 類(lèi)組包含的合金：Ti-10V-2Fe-3Al；Ti-13V-11Cr-3Al；Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn；Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo。

（2）試件尺寸：按照母材厚度、管徑和焊縫厚度分別規(guī)定了相應(yīng)的認(rèn)可范圍。對(duì)支管的角度也作了規(guī)定，夾角小于 90°時(shí)，適用于所有角度的支管。

（3）焊接方法：焊接方法是焊接工藝評(píng)定的主要參數(shù)，焊接方法變化時(shí)需要重新評(píng)定。

（4）焊接位置：焊接位置一般不屬于工藝評(píng)定的主要參數(shù)，但向下立焊（包括傾斜管在內(nèi)）位置需要單獨(dú)評(píng)定。

（5）接頭種類(lèi)：接頭種類(lèi)的評(píng)定除了受其他條款（如直徑、厚度）的限定之外，還做了附加限定，具體如下：a. 對(duì)接焊縫適用于角焊縫，但產(chǎn)品焊縫以角焊縫為主時(shí)，應(yīng)進(jìn)行角焊縫評(píng)定；b. 管子的對(duì)接接頭認(rèn)可了支接管接頭（支接角度≥60°）；c. T形接頭的對(duì)接焊縫僅認(rèn)可 T 形接頭的對(duì)接焊縫和角焊縫；d. 不帶襯墊的單面對(duì)接焊縫認(rèn)可了雙面焊縫和 帶襯墊的單面焊縫；e. 帶襯墊的單面焊縫認(rèn)可了雙面焊縫；f. 角焊縫僅認(rèn)可角焊縫；g. 不允許將多道焊改為單道焊，反之也不可以。

（6）焊接材料：認(rèn)可范圍為同類(lèi)型號(hào)的焊接材料，其力學(xué)性能和化學(xué)成分相當(dāng)。

（7）電流種類(lèi)：電流種類(lèi)和極性變化時(shí)，需要重新做評(píng)定。

（8）道間溫度：不得超過(guò)評(píng)定試驗(yàn)所使用的最高道間溫度，否則需要重新做評(píng)定。

（9）焊后熱處理：不允許增加或取消焊后熱處理。評(píng)定時(shí)采用的焊后熱處理溫度允許在±20 ℃范圍內(nèi)波動(dòng)，但加熱、冷卻速率要和實(shí)際生產(chǎn)一致。

（10）背面保護(hù)：不帶背面氣體保護(hù)可以認(rèn)可帶背面氣體保護(hù)，反之不允許；無(wú)保護(hù)罩的焊接認(rèn)可帶保護(hù)罩的焊接，反之不允許。

（11）不同焊接方法的特殊要求：針對(duì)不同焊接方法，規(guī)定了相應(yīng)的認(rèn)可范圍。這些參數(shù)包括：保護(hù)氣體的種類(lèi)、焊絲的配置、金屬過(guò)渡方式、是否填絲等。

以上要求均是GB/T 40801 標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容，需要嚴(yán)格遵循，是保證鈦及鈦合金這類(lèi)活潑金屬材料產(chǎn)品在焊接質(zhì)量上獲得一致性的基礎(chǔ)。

2.3 GB/T36234—2018《鈦及鈦合金、鋯及鋯合金熔化焊焊工技能評(píng)定》

GB/T 36234—2018《鈦及鈦合金、鋯及鋯合金熔化焊焊工技能評(píng)定》是我國(guó)在鈦及鈦合金材料焊接領(lǐng)域首次發(fā)布的有關(guān)焊工技能評(píng)定方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要技術(shù)內(nèi)容與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 9606-5：2000《焊工考試熔化焊第 5 部分：鈦及鈦合金、鋯及鋯合金》一致。2000 年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 9606-5 首次頒布，在國(guó)際上引起了廣泛關(guān)注，ISO 9606-5 被采用為歐洲標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為：EN ISO9606-4）。根據(jù) CEN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)）的有關(guān)法規(guī)，正式頒布的歐洲標(biāo)準(zhǔn)在CEN成員國(guó)具備國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的法律效應(yīng)。

本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括范圍、引用文件、材料分組、主要參數(shù)及認(rèn)可范圍、試驗(yàn)及檢驗(yàn)等，具體說(shuō)明如下：

（1）本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鈦及鈦合金等材料的熔化焊焊工考試方法。需要強(qiáng)調(diào)的是，本標(biāo)準(zhǔn)僅適用于手工焊操作方法，包括手工 MIG、手工 TIG 和手工PAW。

（2）在引用文件上，對(duì)于因與ISO標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)上差異較大而可能影響考試結(jié)果的并未采用我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，而是直接引用了相應(yīng)的 ISO 標(biāo)準(zhǔn)，這是執(zhí)行本標(biāo)準(zhǔn)時(shí)需要特別注意的地方。

（3）材料分組：為了最大限度地減少考試數(shù)量，將冶金和焊接特性類(lèi)似的母材進(jìn)行了分類(lèi)。目前，在焊工考試和焊接工藝評(píng)定領(lǐng)域，國(guó)際上統(tǒng)一采用ISO/TR 15608 的材料分類(lèi)方法。本標(biāo)準(zhǔn)完整采納了 ISO/TR 15608 的鈦及鈦合金分類(lèi)方法，適用的材料組包括51~54、61~62。

（4）主要參數(shù)及認(rèn)可范圍：原ISO 9606-5 對(duì)主要參數(shù)和認(rèn)可范圍分別作了規(guī)定?？紤]到實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn)，本標(biāo)準(zhǔn)作了統(tǒng)一規(guī)定和處理，特別是對(duì)焊接位置和母材的認(rèn)可范圍結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行了必要的調(diào)整。認(rèn)可范圍的限定原則依據(jù)國(guó)際通行慣例，即焊工如在給定條件下焊出合格的試件，即可認(rèn)定他在同等條件或操作難度較低的條件下也具備同樣的能力。

考試采用規(guī)定的焊接方法，按照GB/T 16672 規(guī)定的焊接位置進(jìn)行施焊，對(duì)于管H-L045位置適合所有位置。焊縫形式包括對(duì)接（板對(duì)接和管對(duì)接）焊縫和角焊縫兩種。焊接時(shí)為同類(lèi)組材料的互焊，即51+51、52+52等。

（5）試驗(yàn)及檢驗(yàn)：本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊工考試的監(jiān)督僅做了原則規(guī)定，而對(duì)考試中所涉及的一些具體環(huán)節(jié)提出了較為詳細(xì)的要求。具體內(nèi)容包括：板或管對(duì)接以及板或管角焊縫試件的形式和尺寸、與生產(chǎn)實(shí)際相適應(yīng)的焊接條件、包含目視檢查在內(nèi)的各種探傷和彎曲試驗(yàn)方法、性能檢驗(yàn)用試件和試樣的尺寸、制備和試驗(yàn)要求等。

（6）其他：對(duì)試件的質(zhì)量評(píng)定、復(fù)試、有效期、證書(shū)等方面內(nèi)容均提出了相應(yīng)的要求。

需要指出的是，本標(biāo)準(zhǔn)在轉(zhuǎn)化時(shí)增加了焊工資格證書(shū)推薦格式、焊工考試認(rèn)可標(biāo)記、證書(shū)延期需確認(rèn)的內(nèi)容以及鈦及鈦合金等材料的分類(lèi)指南，以附錄形式給出。另外，還統(tǒng)一規(guī)定了焊工考試的主要參數(shù)及認(rèn)可范圍，并對(duì)焊接位置和母材的認(rèn)可范圍進(jìn)行了必要的調(diào)整。這些都是從我國(guó)國(guó)情出發(fā)，制訂更加適合國(guó)內(nèi)使用的標(biāo)準(zhǔn)。

綜上，目前發(fā)布的焊接工藝評(píng)定方法包括適用于厚度較小板材的手工焊和激光焊技術(shù)，對(duì)于大厚度的鈦板，雖然可以采用激光填絲焊，但如果構(gòu)件外形尺寸許可，采用電子束深熔焊更為適合，例如目前 110mm厚的深海潛水器是采用電子束一次焊接完成的。因此，有必要制定我國(guó)的鈦及鈦合金電子束焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足國(guó)防和工業(yè)的產(chǎn)品制造需求。

3、鈦及鈦合金焊縫缺陷的無(wú)損探傷標(biāo)準(zhǔn)評(píng)述

焊接中焊縫缺陷一般難以避免。目前發(fā)布的有關(guān)鈦及鈦合金焊縫質(zhì)量檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有 3 項(xiàng)：GB/T 37910.1—2019《焊縫無(wú)損檢測(cè)射線檢測(cè)驗(yàn)收等級(jí)第 1 部分：鋼、鎳、鈦及其合金》，GB/T 35367—2017《潛水器鈦合金對(duì)接焊縫X射線檢測(cè)及質(zhì)量分級(jí)》和 GB/T 35361—2017《潛水器鈦合金對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)及質(zhì)量分級(jí)》。

3.1 鈦及鈦合金焊縫的射線檢測(cè)

鈦及鈦合金焊縫射線檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 37910.1—2019 和GB/T 35367—2017，前者修改采用 ISO 10675-1：2016 的內(nèi)容，后者為我國(guó)自行研制的標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn) GB/T 37910.1 包括范圍、引用文件、檢測(cè)技術(shù)、通則、驗(yàn)收等級(jí)等 5 項(xiàng)內(nèi)容。其中驗(yàn)收等級(jí)包含鈦及鈦合金材料在內(nèi)的對(duì)接焊縫射線檢測(cè)缺欠顯示的驗(yàn)收等級(jí)，與焊接標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或法規(guī)有關(guān)，適用于通過(guò)比較按照引用的 GB/T 3323.1或 GB/T 3323.2 檢測(cè)出的焊縫射線底片或數(shù)字化圖像上的缺欠尺寸與本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缺欠限值，來(lái)判定被檢焊縫是否滿(mǎn)足焊縫質(zhì)量等級(jí)。

在 GB/T 37910.1 標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)焊縫質(zhì)量等級(jí)規(guī)定，射線檢測(cè)引用 GB/T 3323.1 或 GB/T 3323.2 的A級(jí)和B級(jí)進(jìn)行，如表 3 所示。射線檢測(cè)前應(yīng)按 GB/T32259 進(jìn)行目視檢測(cè)與評(píng)定。此外，標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)給出表面和內(nèi)部各種探傷缺陷按Ⅰ到Ⅲ級(jí)進(jìn)行驗(yàn)收的具體規(guī)定，相比 ISO 10675-1，增加了局部密集氣孔需滿(mǎn)足球形氣孔的驗(yàn)收要求，附錄還給出了缺陷面積的計(jì)算方法。

在我國(guó)發(fā)布實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35367 中，包含范圍、引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、人員資質(zhì)和輻射防護(hù)、設(shè)備和器材、檢測(cè)準(zhǔn)備、檢測(cè)方法、底片質(zhì)量、質(zhì)量分級(jí)和檢測(cè)報(bào)告等 10 項(xiàng)內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)適用范圍是外注：環(huán)焊縫檢測(cè)最少曝光次數(shù)按GB/T 3323.1 和GB/T3323.2的A級(jí)要求執(zhí)行。

徑不小于 500 mm、壁厚在 5~110mm范圍內(nèi)的深潛器鈦合金對(duì)接焊縫。其他類(lèi)型的鈦合金對(duì)接焊縫的射線檢測(cè)也可參照?qǐng)?zhí)行。與前述的GB/T 37910.1相比，除了驗(yàn)收等級(jí)的規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)在檢測(cè)設(shè)備和檢 測(cè)方法上也有具體描述，而不是簡(jiǎn)單的文件引用。

在設(shè)備和器材中，為適用于 110mm的檢測(cè)厚度，X射線機(jī)對(duì)于被檢焊縫應(yīng)具有足夠的穿透力和曝光量，故采用 T2 和 T3 類(lèi)膠片，不采用 T4 類(lèi)膠片，增感屏采用厚度 0.10 mm的鉛箔增感屏。在檢測(cè)準(zhǔn)備過(guò)程中，射線檢測(cè)需在焊接完成 48 h 后進(jìn)行，焊縫及熱影響區(qū)表面質(zhì)量應(yīng)經(jīng)檢査并合格，否則應(yīng)對(duì)表面作適當(dāng)?shù)男拚?。此外，該?biāo)準(zhǔn)在檢測(cè)方法中還

給出了適合鈦合金的材料透照厚度與最高允許透照電壓的關(guān)系圖，可作為不同厚度鈦合金射線照相時(shí)的參考。

在質(zhì)量分級(jí)中，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35367 將鈦合金焊縫中存在的缺陷簡(jiǎn)單分為裂紋、未熔合、未焊透、條形缺陷、圓形缺陷 5 種類(lèi)型。根據(jù)缺陷性質(zhì)、數(shù)量和密集程度，將焊縫質(zhì)量等級(jí)劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)，其中Ⅰ、Ⅱ級(jí)焊縫應(yīng)不存在裂紋、未熔合、未焊透、條形缺陷、根部?jī)?nèi)凹和根部咬邊等各類(lèi)缺陷。但是與 GB/T37910.1 相比，對(duì)于圓形缺陷之外缺陷的形狀、數(shù)量和密集程度的描述較為粗糙。為此，建議在鈦及鈦合金焊縫射線探傷時(shí)，可以將兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參照使用。

3.2 鈦及鈦合金的超聲檢測(cè)

深海載人潛水器是海洋開(kāi)發(fā)的前沿與制高點(diǎn)之一，其水平可以體現(xiàn)出一個(gè)國(guó)家材料、控制、海洋學(xué)等領(lǐng)域的綜合科技實(shí)力。我國(guó)近幾年來(lái)“蛟龍”號(hào)、“奮斗者”號(hào)深海潛水器的研究和成功應(yīng)用，帶動(dòng)了超厚板鈦合金容器的焊接進(jìn)步。2017 年，我國(guó)首次發(fā)布了 2 項(xiàng)有關(guān)潛水器鈦合金對(duì)接焊縫無(wú)損檢測(cè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，除了前述的 GB/T 35367—2017《潛水器鈦合金對(duì)接焊縫X射線檢測(cè)及質(zhì)量分級(jí)》，還有 GB/T 35361—2017《潛水器鈦合金對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)及質(zhì)量分級(jí)》，這些標(biāo)準(zhǔn)正是這一階段成果的體現(xiàn)。

在GB/T 35361 標(biāo)準(zhǔn)中，包含范圍、引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、人員資質(zhì)、設(shè)備、試塊、檢測(cè)準(zhǔn)備、距離-波幅曲線、檢測(cè)方法、缺陷定量檢測(cè)、質(zhì)量分級(jí)和檢測(cè)報(bào)告共 12項(xiàng)內(nèi)容。

本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍與前述 GB/T 35367 基本一致，但考慮到超聲波傳播的特殊性，板厚下限有所提升，即標(biāo)準(zhǔn)適用于外徑不小于 500 mm、壁厚 10~110mm的深潛器鈦合金對(duì)接焊縫。當(dāng)然其他類(lèi)型的鈦合金對(duì)接焊縫的超聲檢測(cè)也可參照?qǐng)?zhí)行。

在設(shè)備一項(xiàng)中，對(duì)于不同厚度的鈦合金規(guī)定了不同的探頭參數(shù)，如表 4 所示。

選用試塊時(shí)，其材質(zhì)應(yīng)與潛水器用鈦合金材質(zhì)相同或相近。在檢測(cè)準(zhǔn)備過(guò)程中，同樣要求檢測(cè)在焊接完成 48 h 后進(jìn)行，檢測(cè)區(qū)寬度應(yīng)是焊縫本身寬度與焊縫兩側(cè)各相當(dāng)于母材公稱(chēng)厚度30%的總和，焊縫兩側(cè)寬度應(yīng)不小于 10 mm，最大為 30 mm。檢測(cè)部位的表面粗糙度不大于 12.5 μm。在探頭的選擇和掃查方式中，規(guī)定至少選用兩種角度的探頭分 別掃查，利用一次反射法和直射法在焊縫的雙面雙側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。

需要說(shuō)明的是，還有一種比較適用于鈦及鈦合金焊縫無(wú)損探傷的方法——熒光探傷，該技術(shù)特別適合檢測(cè)表面極其細(xì)微狀的裂紋、氣孔等缺陷，且早已在一些航空用零部件上被強(qiáng)制使用，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金隔板環(huán)表面螺孔修復(fù)（見(jiàn)圖 1）。建議編制相應(yīng)的鈦及鈦合金焊縫熒光檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足類(lèi)似焊接件存在表面細(xì)微缺陷檢測(cè)的需求，這類(lèi)缺陷采用射線或超聲方法往往難以檢測(cè)出來(lái)。

4、結(jié)論與展望

鈦及鈦合金憑借其優(yōu)異的性能正在得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，相對(duì)應(yīng)的焊接技術(shù)也要求有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)作為參考，目前我國(guó)的鈦及鈦合金熔化焊技術(shù)已發(fā)布7項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上滿(mǎn)足了此方面的需要，但還存在一些不足，希望未來(lái)能夠加以補(bǔ)充和完善。

（1）目前可用的鈦及鈦合金焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了 MIG、TIG 和 PAW，還有激光焊接技術(shù)。比較而言，小厚度的鈦板焊接適合采用常規(guī)的熔化焊工藝和激光深熔焊，大厚度的鈦板雖然可以采用激光填絲焊，但如果構(gòu)件外形尺寸許可，采用電子束深熔焊更為適合。建議盡快制定我國(guó)的鈦及鈦合金電子束焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足國(guó)防和工業(yè)的產(chǎn)品制造需求。

（2）焊接接頭的質(zhì)量和分級(jí)要靠無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前鈦及鈦合金焊縫的無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法有射線法和超聲法，基本可以滿(mǎn)足大部分鈦及鈦合金板材焊縫的探傷需求。但是對(duì)于一些薄板異形構(gòu)件，當(dāng)表面存在極其細(xì)微狀缺陷時(shí)，熒光法是有效的探傷手段。有必要盡快制定我國(guó)自己的鈦及鈦合金表面缺陷熒光檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足相應(yīng)產(chǎn)品的使用需求。

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