大容積鋁合金燃油箱隔板固定新技術(shù)探究

雷 亮，劉 飛，張 珂，李 勇

（陜西德仕汽車部件（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

前言

近年來重卡燃油箱市場(chǎng)多元化發(fā)展，新材料，新技術(shù)，新裝備的不斷革新，迎來了中國重型卡車牽引車的蓬勃發(fā)展，車輛續(xù)航里程遠(yuǎn)已經(jīng)成為牽引車需求之一，過去的400 L以下容積的油箱已經(jīng)全然不適合牽引車的長途運(yùn)輸需求，應(yīng)運(yùn)而生的700 L、800 L、850 L大容積燃油箱已經(jīng)完全覆蓋整個(gè)市場(chǎng)，采用的鋁鎂合金新材料替代了原有的鐵質(zhì)燃油箱，不但實(shí)現(xiàn)了整車降重，而且產(chǎn)品升級(jí)后外觀十分美觀，提升了重型卡車的整體形象，然而大容積油箱在市場(chǎng)應(yīng)用之后，出現(xiàn)了一系列失效風(fēng)險(xiǎn)，例如本文要闡述的隔板松動(dòng)，竄動(dòng)摩擦產(chǎn)生鋁粉，鋁粉經(jīng)過吸油管路，順利進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)濾芯位置，造成油路系統(tǒng)堵塞，形成新的失效模式，成為該產(chǎn)品走向市場(chǎng)后的一項(xiàng)頑疾[1]。

圖1 油路堵塞

1 大容積鋁合金燃油箱隔板固定工藝技術(shù)現(xiàn)狀

（1）燃油箱隔板屬于油箱內(nèi)部的關(guān)鍵件，其主要作用是當(dāng)油箱內(nèi)部液體發(fā)生晃動(dòng)時(shí)，降低液體產(chǎn)生的沖擊力，減少對(duì)油箱端蓋的沖擊影響，另外一個(gè)作用是支撐燃油箱外形骨架，尤其是大容積箱體，延長燃油箱使用壽命，一般來說，小容積（400 L以下）鋁合金燃油箱的隔板固定方式采用斷續(xù)焊。然而，根據(jù)長期售后市場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，采用斷續(xù)焊固定隔板的燃油箱，故障率極高，焊點(diǎn)邊緣拉裂而導(dǎo)致燃油箱滲漏失效的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。

（2）大容積燃油箱在生產(chǎn)過程中隔板的裝配狀態(tài)存在缺陷，按要求隔板在裝入箱體內(nèi)部后，務(wù)必保證過盈配合狀態(tài)，保證隔板與箱體內(nèi)壁貼合完整，施焊處不能存在間隙，可現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際裝配后存在個(gè)別不良狀態(tài)如圖2，此狀態(tài)下實(shí)施單純的斷續(xù)焊，主要靠焊點(diǎn)拉力將隔板與殼體強(qiáng)制固定，施焊處應(yīng)力集中，存在焊縫疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)。滿載狀態(tài)，尤其頻繁剎車、路況條件差的行駛狀態(tài)下，箱體內(nèi)部液體產(chǎn)生晃動(dòng)沖擊隔板，使焊接處疲勞受力，造成焊縫處出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，最終導(dǎo)致油箱滲漏。

圖2 裝配后產(chǎn)生不同程度間隙

（3）工藝技術(shù)人員經(jīng)過多方試驗(yàn)，開發(fā)了新工藝，采用卡鎖式連接，利用箱體與隔板的裝配貼合面進(jìn)行專用模具壓筋，四條圓弧筋加上八條平面短筋進(jìn)行卡鎖連接，此結(jié)構(gòu)非常適合小容積鋁合金油箱隔板固定；在大容積油箱進(jìn)行該工藝應(yīng)用時(shí)，出現(xiàn)卡鎖部位（尤其是圓弧處）疲勞失效，由于大容積油箱重量超過40 kg，在搬運(yùn)，裝配過程如果沒有做到輕拿輕放，產(chǎn)生自由落體或者其他形式的振動(dòng)，或在使用過程中路況較差、頻繁剎車都會(huì)造成不同程度的卡鎖失效現(xiàn)象，失效過程不是一次性脫落，而是產(chǎn)生縫隙、振動(dòng)、摩擦、縫隙增大、突然外力導(dǎo)致脫落，期間多次振動(dòng)摩擦?xí)a(chǎn)生大量鋁粉，鋁屑，產(chǎn)生新的油路故障模式。

2 隔板固定新工藝技術(shù)分析

2.1 大容積油箱隔板固定新技術(shù)方法探究

為了迎合大容積油箱體積大、質(zhì)量重、失效風(fēng)險(xiǎn)大的特點(diǎn)，以往的工藝經(jīng)驗(yàn)不能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)使用壽命，在積極探索新的工藝方法的同時(shí)，結(jié)合多方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，卡鎖式結(jié)構(gòu)有效率高、零應(yīng)力、外觀美觀等優(yōu)點(diǎn)，斷續(xù)焊接結(jié)構(gòu)有連接牢靠，不易使隔板產(chǎn)生竄動(dòng)、節(jié)省設(shè)備、模具投入等優(yōu)點(diǎn)，不過在斷續(xù)焊工藝應(yīng)用過程中，需要不斷進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證焊縫長度和焊接位置，保證在焊接后不會(huì)發(fā)生撕裂風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)合以上兩種工藝優(yōu)點(diǎn)，我們探索新的隔板固定工藝，卡鎖加焊接，提高大容積油箱隔板與箱體連接的可靠性。兩種工藝的有機(jī)結(jié)合有效地避開了單純斷續(xù)焊接強(qiáng)度不足，有焊縫撕裂的風(fēng)險(xiǎn)，周圈卡鎖工藝有效地承擔(dān)了隔板在液體流動(dòng)過程中的受力問題，而焊接解決了單純卡鎖隔板易疲勞竄動(dòng)的問題，具體新結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 箱體與隔板連接新固定方式

2.2 實(shí)施新技術(shù)要求一：細(xì)化焊接工藝

2.2.1 焊前清理工藝分析

（1）焊接鋁合金需要最干凈的準(zhǔn)備工作，否則其抗腐蝕能力下降，而且容易產(chǎn)生氣孔，焊接過程中杜絕雜質(zhì)進(jìn)入待焊區(qū)，會(huì)導(dǎo)致熱裂紋；

（2）準(zhǔn)備所需要的隔板零件，清除端面毛刺、表面鋁屑、塑料薄膜等；

（3）化學(xué)清洗方式：配置清洗液—按照300:1（水：專用清潔劑）的比例，在清水里添加清潔劑，然后手動(dòng)拌勻；

（4）將處理完成的隔板浸泡在水中約5～8 min，上表面需完全浸入水中。水溫30 ℃±5 ℃[2]；

（5）使用毛巾（不掉絮、掉色抹布）擦拭表面；再用清水清洗焊接待焊表面；最后將零件風(fēng)干或用壓縮空氣吹掃表面；

（6）清洗完后的零件當(dāng)日應(yīng)當(dāng)全部使用。

2.2.2 焊接作業(yè)環(huán)境及焊材選擇

（1）焊接區(qū)域應(yīng)當(dāng)避免穿堂風(fēng)，環(huán)境風(fēng)速不大于1.5 m/s，環(huán)境溫度保證15 ℃～30 ℃為最佳，濕度不超過50%，現(xiàn)場(chǎng)無明顯震源，無灰塵，無煙霧等污染源。

（2）鋁合金燃油箱母材為5052鋁鎂合金，厚度2.5 mm，焊絲選用ER5356，φ3.0，母材及焊絲化學(xué)成分見表1[3]：

表1 母材及焊絲的主要成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù) %）

2.2.3 焊接整體要求

（1）焊接及夾裝過程不得損傷外表面；

（2）焊縫成型良好，魚鱗紋疏密一致，焊接牢固且焊縫長短滿足工藝要求；

（3）焊接隔板后，筒體外觀不得出現(xiàn)焊透現(xiàn)象；

（4）隔板需一次性完成所有焊縫，氣密性檢漏工序不得有漏氣現(xiàn)象；

（5）隔板焊接分段式焊接，不同的隔板焊縫長度不同，長度分為A類和B類兩種要求。

2.3 實(shí)施新技術(shù)要求二：細(xì)化卡鎖工藝

卡鎖滿足要求的另一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)就是油箱總成內(nèi)部應(yīng)用一段時(shí)間后是否產(chǎn)生多余鋁屑雜質(zhì)，必須滿足清潔度要求，燃油箱內(nèi)部清潔度要求每升容量的雜質(zhì)按質(zhì)量計(jì)不大于1.3 mg，具體試驗(yàn)方法按QC/T 572的規(guī)定進(jìn)行[4]。

卡鎖連接工藝多依賴模具的可靠性，新模具投入后必須進(jìn)行樣件生產(chǎn)，樣品需要經(jīng)過模擬裝車形式的振動(dòng)耐久性試驗(yàn)（撞擊次數(shù)不少于10萬次），未發(fā)現(xiàn)卡鎖區(qū)域滲漏的現(xiàn)象，即可認(rèn)定為模具可投入批量生產(chǎn)。

大容積油箱由于隔板較多，有3～4個(gè)，如果單個(gè)隔板卡鎖采用4彎8直的結(jié)構(gòu)，單個(gè)油箱卡鎖點(diǎn)位最大可48處，生產(chǎn)效率會(huì)大打折扣，不具備批量生產(chǎn)能力，在配備焊接工藝之后，我們選擇僅采用4條圓弧進(jìn)行卡鎖，不但減少了卡鎖點(diǎn)位，而且效率會(huì)提升50%以上。

卡鎖結(jié)構(gòu)還存在一些弊端，不能過深，不能過淺，對(duì)設(shè)備壓力有一定要求，且油壓設(shè)備務(wù)必增加限位功能，保證卡鎖深度滿足工藝公差范圍。

2.4 巧妙結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

經(jīng)過上述分析，卡鎖加焊接的新的隔板與箱體連接方式應(yīng)用是現(xiàn)有市場(chǎng)大容積鋁合金燃油箱最適合的工藝方式，探索創(chuàng)新，打破束縛，經(jīng)過近三個(gè)月的售后審單數(shù)據(jù)來看，目前失效的大容積油箱均為改進(jìn)前結(jié)構(gòu)，在2020年首批新工藝實(shí)施后的10件750 L油箱在山西市場(chǎng)進(jìn)行韻達(dá)托管車的路 試，并經(jīng)不定期的電話回訪，市場(chǎng)改進(jìn)效果良好，并未出現(xiàn)內(nèi)部鋁粉堵塞油路的售后質(zhì)量問題。如圖5所示，新技術(shù)應(yīng)用在產(chǎn)品效果展示。

圖4 卡鎖加焊接的緊固連接技術(shù)應(yīng)用

2.5 持續(xù)改進(jìn)，思維拓展

假如想要取消焊接、減少卡鎖等較為繁瑣的連接結(jié)構(gòu)，需要研究更加先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，點(diǎn)鉚設(shè)備已經(jīng)成熟應(yīng)用于鋁合金鈑金加工領(lǐng)域，也是將來更加先進(jìn)的加工工藝，此類工藝的密封性有待進(jìn)一步考證，該工藝應(yīng)用于鋁合金油箱不但可以徹底解決焊接過程的不確定性問題，而且可靠性及產(chǎn)品使用壽命也會(huì)大幅提升。

3 結(jié)論

采用在鋁合金燃油箱隔板四角圓弧處實(shí)施卡鎖加焊接的緊固連接技術(shù)，能夠充分克服因燃油劇烈振動(dòng)沖擊造成焊縫撕裂、拉裂箱體、燃油箱滲漏等問題，保證隔板的固定質(zhì)量，并且解決了燃油箱中間隔板在使用過程中疲勞松動(dòng)，在箱體內(nèi)部來回竄動(dòng)摩擦產(chǎn)生鋁粉，影響供給系統(tǒng)油路堵塞問題，從而提高燃油箱的使用壽命，減少了售后索賠問題。