焊工是一種特種作業(yè)工種，從事焊工相關(guān)規(guī)定工作必須持證上崗，熔化焊接與熱切割特種作業(yè)操作證每3年需要復(fù)審一次。一人一證持證上崗，全國通用。

考試形式：本人參考、單人單桌、分為理論科目和實(shí)操科目，滿分均為100分，及格分均為80分。

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焊工學(xué)技術(shù)課程內(nèi)容：

第一周：焊工基礎(chǔ)（電焊工安全操作規(guī)范及設(shè)備工具的安全使用）手工電弧焊操作技能培訓(xùn)（例如：手工焊接設(shè)備、焊接材料、工具。各種焊接位置的操作技能，單面焊雙面成型技術(shù)的操作技巧）。

第二周：氧、乙炔焊接與切割，等離子弧切割（氣焊與切割設(shè)備的使用及安全操作規(guī)程），各種厚板、薄板氣焊與切割操作技巧。

第三周：手工鎢極氬弧焊技術(shù)（例如：氬弧焊設(shè)備及工具的安全使用和安全操作規(guī)程）；氬弧焊焊接厚、薄板各種焊接位置的安全操作技巧；常用有色技術(shù)材料，例如：鋁合金材料的焊接技巧。

第四周：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊技術(shù)（例如：二氧化碳焊接設(shè)備、設(shè)備工具的安全操作規(guī)程）；二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接位置的操作技巧。

攪拌摩擦焊的工藝過程，缺陷種類和檢測方法

現(xiàn)代飛機(jī)正朝著高性能、輕重量、長壽命、高可靠、高舒適性以及低制造成本的方向發(fā)展。攪拌摩擦焊作為一種新的焊接技術(shù)，已經(jīng)在航空結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。攪拌摩擦焊不僅改善了航空結(jié)構(gòu)，也促進(jìn)了航空結(jié)構(gòu)完整性檢測技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展。

1.1 攪拌摩擦焊的工藝特點(diǎn)

攪拌摩擦焊技術(shù)是近年來國際上發(fā)展較快的技術(shù)之一，具有對(duì)被焊材料損傷小、焊接變形低、焊縫強(qiáng)度高和綠色制造等特點(diǎn)，被譽(yù)為“當(dāng)代最具革命性的焊接技術(shù)”。

攪拌摩擦加工主要通過攪拌頭的高速旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，攪拌頭由軸肩和攪拌針組成。加工過程中，攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)并緩慢擠入工件的待加工部位，直到軸肩與工件表面緊密接觸。攪拌針伸進(jìn)材料內(nèi)部進(jìn)行摩擦和攪拌，其旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切摩擦熱將攪拌針周圍的金屬變軟進(jìn)而熱塑化，使加工部位的材料產(chǎn)生塑性流變。

攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，沿加工方向與工件相對(duì)移動(dòng)。熱塑化的材料由攪拌頭的前部向后部轉(zhuǎn)移，并且在攪拌頭軸肩的鍛造作用下，產(chǎn)生強(qiáng)塑性變形。

與氧炔焊工藝相比，攪拌摩擦焊有許多優(yōu)點(diǎn)，包括能夠消除氣體、焊條和電極等許多焊接材料。

由于在機(jī)械作業(yè)產(chǎn)生的摩擦熱作用下進(jìn)行實(shí)施連接工藝，因此，攪拌摩擦焊僅有3種主要的焊接變量需要控制，包括沖擊力、旋轉(zhuǎn)速度和焊接速度。

1.2 攪拌摩擦焊的應(yīng)用

攪拌摩擦焊具有廣泛的應(yīng)用前景，已在航空鋁合金焊接中得到廣泛的應(yīng)用。

2XXX系列鋁合金強(qiáng)度高、重量輕，長期以來一直是航空結(jié)構(gòu)的主要材料。如A12195鋁一鋰合金等新材料，與上一代材料A12219相比，在基礎(chǔ)材料方面有了大幅度改進(jìn)。

在室溫和低溫條件下，新合金的強(qiáng)度有了極大改進(jìn)，然而，有時(shí)候其焊接性容易出現(xiàn)問題，這也促使人們努力改善工藝，并最終發(fā)展并實(shí)施了攪拌摩擦焊。

A12195合金能夠較好地用于攪拌摩擦焊工藝，克服了利用傳統(tǒng)氧炔焊工藝對(duì)A12195進(jìn)行焊接的過程中所生產(chǎn)的難題。

攪拌摩擦焊還可焊接各種鋁合金材料，如Al、Cu、AlL-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn、Al-Li等高強(qiáng)鋁合金，同時(shí)也能得到優(yōu)良的焊接接頭。

攪拌摩擦焊在航空結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用主要包括機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、油箱和副油箱等方面。波音公司將攪拌摩擦焊接技術(shù)應(yīng)用于C-17“空中霸王Ⅲ”軍用運(yùn)輸機(jī)地板的制造中，生產(chǎn)效率是原來鉚接的10倍。空中客車公司已經(jīng)開始將攪拌摩擦焊接應(yīng)用于大型民用飛機(jī)的制造中。

2005年8月26日，據(jù)《 Speed News)》報(bào)道，空客已經(jīng)致力于將攪拌摩擦焊接技術(shù)引入到A340飛機(jī)制造中，并大規(guī)模應(yīng)用于A350的制造，以及用于A340-500及A340-600的機(jī)身縱縫連接，取代傳統(tǒng)的鉚接技術(shù)�？湛凸�司聲稱，使用攪拌摩擦焊接技術(shù)代替鉚接技術(shù)制造飛機(jī)機(jī)身，每米焊縫能夠減輕重量09kg。

攪拌摩擦焊工藝存在著形成有害缺陷的傾向性，缺陷的類型取決于攪拌摩擦焊的參數(shù)設(shè)置和控制。

2.1 孔洞

孔洞缺陷的形成主要是由于焊接過程中熱輸入不夠，達(dá)到塑化狀態(tài)的材料不足，造成材料流動(dòng)不充分，從而導(dǎo)致在焊縫內(nèi)部形成未完全閉合的現(xiàn)象。

當(dāng)采用不帶螺紋的柱狀或者錐狀攪拌針的攪拌頭進(jìn)行焊接時(shí)，接頭容易出現(xiàn)空洞。該類缺陷通常位于接頭前進(jìn)側(cè)的中下部以及焊縫表面附近。

位于焊縫表面附近的空洞方向與焊接方向一致，在焊縫長度方向上延伸較長時(shí)也被稱作隧道型缺陷。

2.2 飛邊

飛邊缺陷出現(xiàn)在焊縫表面，通常是由于焊接壓力過大而導(dǎo)致較多的塑性材料從軸肩兩側(cè)擠出，冷卻后形成的一種缺陷。

攪拌摩擦焊接過程是一個(gè)焊縫材料體積不變的過程，在實(shí)際焊接過程中，攪拌頭軸肩、針部、未熔化的母材金屬會(huì)形成一個(gè)“擠壓模”，發(fā)生塑性變形的材料在“擠壓�！敝辛鲃�(dòng)。

如果焊接壓力過大，也就是攪拌頭扎入過深，會(huì)使“擠壓�！斌w積小于正常焊接時(shí)的體積，導(dǎo)致部分材料從軸肩兩側(cè)擠出，冷卻后形成飛邊缺陷。

2.3 未焊合

未焊合是指在焊縫底部未形成連接或者不完全連接而出現(xiàn)的“裂紋狀”缺陷，焊縫壓力過小時(shí)容易形成根部未焊合。

未焊合的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上是由于攪拌針長度不足而造成的，在攪拌摩擦焊接過程中，如果攪拌針長度合適，2塊對(duì)接板材之間對(duì)接面上的氧化物會(huì)在攪拌針旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)過程中被打碎，并在攪拌頭后部形成致密的接頭，氧化物彌散分布在接頭中。

但如果攪拌針長度比正常尺寸短，攪拌針在焊接過程中不能完全攪拌焊縫厚度上的材料，尤其是焊縫下部的材料，加上板材對(duì)接面上氧化物的存在，在焊接后接頭根部會(huì)出現(xiàn)裂紋狀的未焊合缺陷。

2.4 溝槽

溝槽缺陷是攪拌頭在對(duì)接板表面機(jī)械攪動(dòng)后未形成連接的一種重要缺陷，通常位于前進(jìn)側(cè)焊縫表面。

溝槽缺陷的產(chǎn)生主要是由于焊接過程中壓力過小，導(dǎo)致熱輸入嚴(yán)重不足，發(fā)生塑性變形的材料大量減��；而且材料流動(dòng)性降低，造成焊縫前進(jìn)側(cè)的塑化材料從后退側(cè)繞流后不能回填到前進(jìn)側(cè)，從而在前進(jìn)側(cè)焊縫表面附近形成空洞。

當(dāng)材料流動(dòng)能力進(jìn)一步下降時(shí)，形成空洞的范圍發(fā)生擴(kuò)展，最終貫通焊縫上表面形成溝槽缺陷。

2.5 其他缺陷

由于焊接表面氧化膜的存在，焊后在焊縫表面可能形成一層與焊縫內(nèi)部不同的氧化物；由于對(duì)接表面氧化膜在焊接過程中可能未被完全攪拌打碎，從而在焊縫中殘留并呈連續(xù)分布狀，被稱為“S線”或“Z線”；在搭接或T形接頭中，容易形成一種被稱為殘余界面線的缺陷，這也屬于未焊合缺陷。

焊接結(jié)構(gòu)的檢測主要采用目視檢測和無損探傷，新的攪拌摩擦焊工藝的出現(xiàn)，對(duì)目視檢測和無損探傷技術(shù)提出了新的要求。

3.1 目視檢測

目視檢測是最直接、最簡單的檢測技術(shù)，也是進(jìn)行表面狀況檢測的最佳方法，可以直觀檢測零件表面存在的飛邊、擦傷、邊緣孔洞以及焊縫不齊等情況。

這些缺陷是由不正確的焊接參數(shù)所引起的，如過快的移動(dòng)速度、過快的旋轉(zhuǎn)速度、較小的沖擊力以及不合適的焊縫形狀。

焊縫根部最不能接受的缺陷是未焊合，它是最重要的缺陷類型，大部分無損探傷都是針對(duì)這類缺陷而進(jìn)行的。

在對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行滲透處理后，可以目視發(fā)現(xiàn)未焊合缺陷。侵蝕是焊接后進(jìn)行的一種化學(xué)處理，通常需要在進(jìn)行滲透檢測之前對(duì)表面進(jìn)行機(jī)械加工處理。在此情況下，侵蝕工藝清楚地顯示了焊接部位的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶區(qū)域(DXZ)及其周圍熱影響區(qū)域(HAZ)，從而使專業(yè)人員能夠通過肉眼檢測發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。目視檢測是確認(rèn)可疑未焊合缺陷的一項(xiàng)可靠技術(shù)。

3.2 滲透檢測

通過P135E和P6F4進(jìn)行的滲透檢測，可在焊接原狀、單一侵蝕或者雙重侵蝕狀態(tài)下，在攪拌摩擦焊測試板上進(jìn)行，此外，可分別在使用和不使用顯影劑并在不同滲透時(shí)間條件下進(jìn)行滲透檢測。

在焊接原狀進(jìn)行滲透檢測，由于檢測能力差、背景噪聲過大，被認(rèn)為是一種不可接受的方法。

在侵蝕條件下，通過P135E和P6F4對(duì)攪拌摩擦焊結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，能夠成功檢測出根部的未焊合缺陷。由于每種滲透劑的檢測敏感度不同，檢測結(jié)果也有所不同。

使用P135E，能夠成功檢測出深度大于或者等于1.626m的未焊合缺陷，使用P6F4，能夠成功檢測出深度大于或等于1.270m的未焊合缺陷。與單一侵蝕相比，在應(yīng)用滲透劑之前通過腐蝕性侵蝕劑進(jìn)行雙重侵蝕，能夠提高對(duì)未焊合缺陷的檢測率。

單一侵蝕和雙重侵蝕之間的差異是指，單一侵蝕能夠去除0.005-0.010mm的金屬，雙重侵蝕能夠清除0.010-0.015mm的金屬。測試結(jié)果表明，在應(yīng)用滲透劑之前，通過侵蝕方法至少能夠去除0.010m的金屬，從而改善對(duì)未焊合缺陷的檢測率。

研究表明，滲透檢測應(yīng)該包括：在應(yīng)用滲透溶液之前，利用侵蝕溶液去除0.010-0.015mm的金屬層。而延長滲透液滲透時(shí)間和使用顯影劑，并不會(huì)改善未焊合缺陷的檢測率。

3.3 超聲波檢測

包括洛克希德·馬丁公司的無損探傷工程師和技術(shù)人員對(duì)攪拌摩擦焊試件進(jìn)行了超聲波檢測，他們使用了傳統(tǒng)超聲波探頭和多探頭，以及L形波、剪形波和多角度傳感器。研究結(jié)果表明，采用這些技術(shù)能夠探測到材料厚度15%~20%處的未焊合缺陷。

攪拌摩擦焊工具的改變會(huì)直接影響未焊合缺陷的金相特征，使得缺陷閉合更加緊密，更不容易檢測。在改善攪拌摩擦焊工藝的同時(shí)，需要研究改進(jìn)相應(yīng)的檢測方法。通過對(duì)相控陣超聲波檢測技術(shù)的改進(jìn)，能夠檢測材料厚度25%~30%處的焊接缺陷。

相控陣超聲波檢測技術(shù)能夠提供多個(gè)方向的回波，能夠提供關(guān)于缺陷的位置信息以及整個(gè)厚度上的缺陷信息。這種相控陣超聲波檢測技術(shù)采用32個(gè)超聲波探頭，當(dāng)探頭沿焊縫自動(dòng)掃描的時(shí)候，通過電子光柵調(diào)整超聲波波束，生成超聲波圖像。

3.4 X射線照相檢測

X射線照相檢測是對(duì)攪拌摩擦焊的試件進(jìn)行膠片照相或者數(shù)字照相。研究結(jié)果表明，這種方法能夠可靠地（達(dá)到90%的概率和95%的置信度）檢測出大于或者等于材料厚度30%的未焊合缺陷。然而，采用X射線膠片照相檢測不同合金的焊接接頭存在困難，在這種情況下，很難辨別未焊合缺陷。

其原因有兩方面：

首先，不同的鋁合金焊接以后會(huì)在接頭處形成2種合金的混合物，混合物中銅和鋰的成分會(huì)存在幾個(gè)百分點(diǎn)的差異。銅的含量不同，對(duì)X射線的傳輸存在較大影響，需要相關(guān)人員“訓(xùn)練”眼力，從而能夠準(zhǔn)確地解讀獲得的膠片圖像。

其次，不同的合金采用攪拌摩擦焊以后，在合金混合區(qū)域（如A12219與A12195的混合），未焊合缺陷會(huì)變得更加緊密，不容易進(jìn)行檢測。

3.5 渦流與傳導(dǎo)性檢測

洛克希德·馬丁公司利用1MHz筆形探頭和300kHz差動(dòng)旋轉(zhuǎn)探頭，在攪拌摩擦焊試件上進(jìn)行了傳統(tǒng)的渦流檢測。

初始渦流檢測結(jié)果表明，利用馬紹爾空間飛行中心和洛克希德・馬丁公司的技術(shù)，能夠?qū)ο嗤�合金（A12195/A12195）的攪拌摩擦焊焊縫（未焊合缺陷至少1.651mm或者更深）進(jìn)行可靠的檢測。

而渦流通過不同合金焊縫時(shí)的響應(yīng)完全不同，所有的試件都產(chǎn)生渦流響應(yīng)，從而無法區(qū)別存在未焊合缺陷的試件與不存在未焊合缺陷的試件。

利用自動(dòng)的無損探傷技術(shù)進(jìn)行可靠的檢測，是確保航空部件結(jié)構(gòu)完整性的關(guān)鍵。為了評(píng)估最新的渦流檢測技術(shù)，洛克希德・馬丁公司聯(lián)系了Jentek傳感器公司，開發(fā)攪拌摩擦焊的檢測技術(shù)。

這種新的渦流檢測方法基于傳導(dǎo)性。1998-2001年， Jentek傳感器公司利用自己的檢測系統(tǒng)，在焊接工藝檢測和焊縫檢測方面做了大量的工作。后來對(duì)這種基于傳導(dǎo)性的檢測技術(shù)進(jìn)行了完善，并研制了專用于攪拌摩擦焊的傳感器。這一研究對(duì)目前廣泛用于攪拌摩擦焊的檢測方法，如滲透檢測、超聲波檢測、X射線照相檢測進(jìn)行了補(bǔ)充，可以進(jìn)一步降低攪拌摩擦焊的檢測風(fēng)險(xiǎn)。

在我國新型航空設(shè)備的制造過程中，新的制造工藝和制造技術(shù)獲得了更大范圍的應(yīng)用。新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用可以提高航空部件的結(jié)構(gòu)效率和制造效率，也對(duì)航空結(jié)構(gòu)的完整性檢測提出了新的挑戰(zhàn)。隨著我國航空市場的活躍和發(fā)展，我們不但要完善制造技術(shù)、提高制造水平，還要通過不斷創(chuàng)新，發(fā)展適應(yīng)新技術(shù)的完整性檢測技術(shù)，保證航空結(jié)構(gòu)的可靠性。