鋁合金燃油箱焊接缺陷產(chǎn)生原因及控制措施

張友龍 袁文強(qiáng) 芮凱 朱成燕

摘 要：隨著重型卡車對(duì)輕量化的要求越來(lái)越高，鋁合金材料在重卡底盤上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，鋁合金燃油箱作為重卡底盤的典型輕量化部件，在批量生產(chǎn)過(guò)程中存在焊接氣孔、裂縫、未熔合等缺陷，通過(guò)對(duì)焊縫焊接缺陷、焊縫特征的分析對(duì)鋁合金油箱焊接缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行論述并提出預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：鋁合金燃油箱；焊接；控制措施

中圖分類號(hào)：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-129-03

Abstract： With the increasing demand for light weight of heavy trucks， the application of aluminum alloy on heavy truck chassis is more and more extensive. As a typical lightweight component of heavy truck chassis， aluminum alloy fuel tank has defects such as porosity， cracks， and incomplete fusion in batch production.Through the analysis of weld defects and weld characteristics， the causes of welding defects of aluminum alloy fuel tanks are discussed and preventive measures are put forward.

Keywords： Aluminum alloy fuel tank； welding； control measures

CLC NO.： U466 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-129-03

1 鋁合金油箱概述

鋁合金燃油箱具有重量輕、外表美觀、耐腐蝕性好、制造環(huán)保、清潔度高等優(yōu)點(diǎn)。隨著重卡市場(chǎng)對(duì)底盤輕量化要求的提高，諸如鋁合金燃油箱等輕量化零部件的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

鋁合金燃油箱主要由端蓋、隔板、本體、加油管等零件組成（如圖1），通常本體與端蓋之間通過(guò)焊接結(jié)構(gòu)連接（如2），隔板與本體之間采用點(diǎn)焊、角焊或卡鎖連接（如圖3）。

鋁合金燃油箱焊接通常采用MIG焊（融化極惰性氣體保護(hù)焊）或TIG焊（鎢極惰性氣體保護(hù)焊）。MIG焊和TIG焊均采用氬氣作為保護(hù)氣體，保證焊接時(shí)金屬不被氧化。因TIG焊接鎢極的費(fèi)用較高，目前鋁合金燃油箱多采用MIG焊接。

2 鋁合金燃油箱焊接常見缺陷產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

鋁合金燃油箱焊縫主要集中在：1）端蓋與本體連接處（如圖2）；2）本體自身連接處（如圖4）；3）底部放油塞處（如圖5）。端蓋與本體連接處焊縫為環(huán)焊縫其主要特征為：1）焊縫較長(zhǎng)（一般超過(guò)1000mm）；2）為封閉式焊縫；3）焊接形狀不規(guī)則，且受制造誤差影響較大。本體連接處焊縫為直焊縫其主要特征為：1）焊縫平直長(zhǎng)；2）焊縫與環(huán)焊縫有兩處交叉。放油塞處焊縫同樣為環(huán)焊縫其主要特征為：1）焊縫較短（一般為60mm）；2）為封閉式焊縫；3）焊接形狀為圓形。

由于端蓋環(huán)焊焊接形狀的不規(guī)則性及本體直焊縫存在的焊縫交叉，鋁合金燃油箱焊接缺陷主要出現(xiàn)在端蓋環(huán)焊縫處及本體直焊縫與端蓋環(huán)焊縫交叉處。檢測(cè)本體直焊焊縫缺陷處殘余應(yīng)力（圖6）焊縫交叉補(bǔ)焊處存在拉應(yīng)力，相鄰未補(bǔ)焊處存在壓應(yīng)力（表1），均由不均勻溫度造成。對(duì)端蓋環(huán)焊縫及本體直焊縫缺陷處進(jìn)行斷面放大（見圖7），焊縫缺陷可以分為：裂紋、未焊透或未融合、氣孔。

鋁合金燃油箱焊接氣孔（如圖7（b））是焊接時(shí)熔池中氣體未在金屬凝固前逸出，殘存在焊縫中形成的空穴。氣體可以是從外界吸收的，也可能是焊接過(guò)程中反應(yīng)生成的。氣孔會(huì)造成焊縫強(qiáng)度降低，在車輛運(yùn)行振動(dòng)過(guò)程中引起燃油箱焊縫處滲油。焊縫產(chǎn)生氣孔的原因有：1）氬氣不純，造成母材表面的灰塵及其他雜質(zhì)氧化生成氣孔；2）焊絲及母材表面存在油污或水，焊接時(shí)蒸發(fā)形成氣孔；3）空氣濕度過(guò)大、焊絲長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)及焊槍距焊件距離過(guò)大等。為防止鋁合金燃油箱焊接氣孔的產(chǎn)生，在焊接前應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定清理油箱表面油污及其他雜質(zhì)，對(duì)焊接氬氣、焊絲品質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，嚴(yán)格控制焊接的環(huán)境濕度、粉塵，并保證適當(dāng)?shù)暮附z長(zhǎng)度和焊槍與焊件間距離，在調(diào)整焊接參數(shù)后應(yīng)重新進(jìn)行試焊，合格后再進(jìn)行焊接。

鋁合金燃油箱焊接裂紋（如圖7（c）（f））是在焊縫金屬結(jié)晶的過(guò)程中產(chǎn)生的，通過(guò)焊接缺陷斷面圖可以看出，鋁合金油箱焊接裂紋多為微觀裂紋，但此類裂紋同樣會(huì)造成焊縫強(qiáng)度降低，尤其是縱向裂紋在整車振動(dòng)情況下容易發(fā)展為貫穿裂紋導(dǎo)致油箱滲油。形成焊接裂紋的主要原因有：1）焊縫補(bǔ)焊時(shí)未對(duì)原焊縫進(jìn)行處理；2）焊接參數(shù)不當(dāng)，造成焊絲與母材之間出現(xiàn)裂縫；3）焊接人員操作不當(dāng)，焊件間隙不合理等。由于端蓋環(huán)焊及本體直焊縫交叉處焊縫的特征鋁合金燃油箱焊接裂縫主要的原因?yàn)楹缚p補(bǔ)焊（如圖8）時(shí)未對(duì)原焊縫進(jìn)行處理，造成焊接裂紋，后期發(fā)展為貫穿裂紋后導(dǎo)致油箱滲油。

通過(guò)對(duì)控制本體與端蓋組對(duì)間隙、增加本體直焊縫引弧板、調(diào)整焊接參數(shù)等措施降低本體直焊縫及端蓋環(huán)焊縫的補(bǔ)焊率，從而減少焊接裂紋的產(chǎn)生。

未熔合（如圖9）指焊接母材和焊絲或焊道金屬間未完全熔化結(jié)合。主要為未對(duì)母材進(jìn)行焊前處理或焊接電流過(guò)小、焊接速度太快造成，也有可能是焊件間隙不合理造成。鋁合金燃油箱焊縫未熔合主要原因?yàn)楹讣g隙不合理，造成焊接時(shí)焊道金屬未能完全融合多發(fā)生在端蓋環(huán)焊處。通過(guò)控制本體與端蓋組隊(duì)間隙、調(diào)整焊接參數(shù)等措施可以大大減少端蓋環(huán)焊處的焊接未熔合缺陷。

3 結(jié)束語(yǔ)

鋁合金燃油箱的焊接受焊縫長(zhǎng)、焊接形狀不規(guī)則、焊縫交叉等影響，造成后期失效的焊接缺陷主要為補(bǔ)焊造成其原因可以歸結(jié)為端蓋與本體組隊(duì)間隙不均勻造成焊接缺陷，在后期人工補(bǔ)焊時(shí)未采取有效的焊前清理。加之人工補(bǔ)焊對(duì)焊工水平依賴較大，在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)容易產(chǎn)生焊接缺陷。目前各鋁合金燃油箱廠家均采用自動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行焊接，焊接形狀差異通過(guò)焊接進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，解決了因焊接形狀不規(guī)則造成的焊接缺陷問(wèn)題。在本體折彎、端蓋沖壓、組隊(duì)等方面均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，解決了端蓋與本體組隊(duì)間隙不均勻造成的焊接缺陷。同時(shí)通過(guò)適當(dāng)調(diào)整焊接參數(shù)，增加引弧板的方式解決了焊縫交叉造成的焊接缺陷。通過(guò)上述改進(jìn)措施，基本實(shí)現(xiàn)了鋁合金燃油箱生產(chǎn)的自動(dòng)化，不僅保證了鋁合金燃油箱產(chǎn)品的單件質(zhì)量同時(shí)提高了產(chǎn)品的一致性。

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