车辆铝合金油箱焊接工艺

一、前言

随着绿色制造理念和结构轻量化要求的推广，铝合金作为一种质量轻、耐腐蚀、经济效益好，再生利用率高的结构质料，被广泛的应用于汽车制造领域。特别是车辆载重的提高，发动机马力的加大，汽车对油箱的容积也在不停的加大。传统的钢制油箱已不能满足使用要求。铝合金油箱由于外貌钝化膜的抗腐蚀作用，不光使用寿命长，而且无需涂装，现已广泛应用于汽车油箱上。

但是与钢铁的质料相比，铝合金的熔焊性较差，容易泛起未熔合、气孔等焊接缺陷，给铝合金的油箱生产带来一定的困难。利来老牌国际官网app电气的DEX PM3000熔化极惰性气体脉冲�；ず�，由于接纳全数字化软件控制，逆变频率到达180KHZ,焊接电弧稳定，对金属无氧化，且焊丝作为电极，具有熔覆效率高,焊接铝合金时可以接纳双脉冲，焊接变形小焊接成型好，同时由于接纳脉冲的强弱电流弧长调治，对焊接熔池外貌的氧化膜有阴极破碎作用，能够保证焊接的冶金质量，故脉冲气体�；ず冈诼梁辖鹩拖涫瞧毡榻幽傻暮附右�。

对于汽车铝合金油箱自动MIG焊接过程中，在油箱的顶部环焊缝上，容易泛起较严重的未熔合、气孔等质量问题，进行分析。通过生产跟踪及现场的工艺实验，确定了影响焊接质量的主要因素是自动焊专机的焊枪角度、强弱脉冲的弧长、占空比、频率的变化状态。在焊枪倾角小于30°或焊丝干伸凌驾20㎜时，容易泛起焊接缺陷。强弱脉冲及占空比不合适时焊缝容易焊穿或焊缝偏高等问题。在对焊接工艺参数及焊枪角度、设备结构做适当的调整革新后，焊接的铝合金油箱的一次合格率从75%提高到98%以上。

二、铝合金油箱的制造工艺及质量问题

铝合金油箱的方形结构，油箱主体由方形筒体和两个方形端盖组焊而成，外形尺寸为1100㎜×700㎜×700㎜，额定容量为500L，箱体质料厚度2.5㎜，材质为5052铝镁合金板。方形筒体又铝合金通过辊压成型，然后焊接而成。筒体的对接焊缝，目前在自动化专机接纳MIG双脉冲工艺焊接，能够保证焊接质量。但是接纳相同的工艺，焊接油桶的方形端盖时，容易泛起未熔合气孔及焊楼工件等问题。如图一；油箱端盖及筒体环缝的一次合格率为75%，不合格率25%，不仅需要大量的氩弧补焊而且焊缝的成型及二次渗漏风险也非常高。

图 1 油箱端盖与筒体焊缝上的焊接质量问题

油箱端盖接纳辊压缩口工艺，成型完毕与油箱桶对接，缩口部门插入筒体内，形成环形的搭接接头�；沸魏阜旖幽伤龀遄远疢IG专机焊接，单层单道焊缝，两侧环缝同时同向施焊，具体焊接参数见表1。焊接过程中焊枪牢固，油箱随变位机转动，由于油箱为圆角方形结构，转动过程中，焊枪的倾角和电弧长度随时会发生变化，因此在焊接过程中。需要焊接操作人员及时熟练的人为调整焊枪角度及高度，以保证焊枪倾角和电弧长度在合适的范围内。

表 1 铝合金油箱环形焊缝的 MIG 脉冲焊接参数

接头形式

焊接电流A

焊接电

压V

焊接速度mm/min

弱脉冲电流 %

弱脉冲弧长

占空比%

频率

搭接

17.5

40%

50%

1.5

备注；接纳1.2㎜焊丝，材质ER5356 铝镁，�；て�99.99%Ar

三、铝合金油箱的工艺分析

1、在油箱筒体与端盖焊接前，端盖经过辊压缩口成型。辊压成型后，端盖缩口处的成型褶皱集中漫衍端盖圆四周，在与直筒体对接装配后，圆角四周的装配间隙最大。但经过生产跟踪，成型褶皱一般泛起在内缩口部门，对装配间隙影响有限，且最大装配间隙不凌驾2㎜经过工艺验证， 2 mm 以下的间隙量对焊接质量影响不大。即端盖与筒体的装配间隙控制在 2 mm以内时，辊压成形褶皱不是造成目前焊缝缺陷的主要原因。燃油箱筒体与端盖装配毕后将被装夹牢固在自动焊专机的变位器上。开始焊接前，操作人员一般用纱布蘸无水乙醇将待焊区擦拭一遍，目的是去除待焊区的油污。但焊接开始时并不能保证无水乙醇已完全挥发，特别是流进装配间隙中的乙醇，一旦有残留，很容易使焊缝发生气孔。因此焊接前用无水乙醇待焊区能否改善焊接质量值得质疑。虽然制造燃油箱的铝合金板材外貌有一层塑料�；つけ；�，但在制造过程中�；つひ哑扑�，油箱焊接装配前会将这层膜揭除，即铝合金外貌在焊接前已有差异水平的氧化和污染。油箱环形焊缝施焊前，并没有对环缝待焊区及环缝与筒体直缝交叠处进行机械清理，而筒体直缝的两端部余高较大，或存在弧坑及较厚的氧化皮，这些倒霉因素会影响环缝的焊接质量。油箱的自动焊过程中，由于焊接专机的焊枪机构和变位器分立，二者的运动不相关，加上油箱的方形结构特点，使油箱随变位器作匀速旋转时，油箱与焊枪接触处的线速度、周半径和法线在时刻变换，即实际的焊接速度、焊丝伸出长度（干伸长）及焊枪倾角（焊丝与工件接触处切线的夹角）在时刻变换中。这些不确定的工艺参数必将影响焊接质量。为了降低这些不确定工艺参数的影响，焊接过程中由操作人员手工实时调整焊枪高度和倾角，这就会失去自动焊的优势。

2、焊接参数分析

主要焊接参数中，除表 1 给出的参数外，还有焊枪倾角、焊丝干伸长等参数值没有确定。凭据目前生产燃油箱所使用的自动 MIG 焊专机结构来看，焊枪是牢固的，其姿态事先已设置好，与工件的运动无关，可推断出焊枪倾角 α、焊丝干伸长 l 和焊接线速度 v 随工件（燃油箱）的运动会呈周期性变化，简化后的示意图如图 2 所示。当焊接变位器带着装夹好的待焊油箱，从位置 P经 P′转动至 P" 的过程中，焊丝与油箱的接触点会由点 A 经点 B 再移动至点 C。这个过程中，焊丝干伸长 l 会先变短后变长，而焊枪倾角 α 相应地先变大后变小（α→α′→α"），焊接线速度 v也会变化。考虑到实际油箱截面形状并非严格的方形，而是四个直边稍有突出的 “鼓形”，所以截面边线上各点到中心的距离差没有示意图中那么大，即焊接速度 v 的变化有限。焊接过程中，焊枪倾角 α 和干伸长 l 的变化较大，�；て湍岩缘酱锉；ばЧ�，对焊接质量的影响也就大.

为了验证铝合金燃油箱焊接过程中各项不确定工艺参数对焊接质量的影响，进行了一系列工艺试验，结果证明，当焊丝与油箱的接触点位于方形油箱直边中心位置四周时（见图 2 中 P" 位置），焊枪倾角 α 将小于 30°，焊丝干伸长 l 凌驾20 mm，泛起未熔合或气孔的概率凌驾 50%。而铝合金 MIG 焊合适的工艺参数中， α 是 75°～80°， l 是 12～18 mm[8-11]。所以，未熔合与气孔往往泛起在焊枪越过油箱圆角行至直边中心的过程中，该处也是焊接操作人员人为干预焊枪姿态的位置。

三、设备革新与工艺调整

凭据以上分析，该铝合金油箱的整个焊接生产过程中，工艺上存在诸多不合理之处，因此对工艺进行适当的调整，对自动焊设备进行合理的革新。

（1）要排除不确定工艺参数对焊接质量的影响，就要革新目前的焊接设备。最好的措施是引进焊接机器人事情站，但考虑到经济性和企业生产规模，可针对目前设备的焊枪机构进行革新。将原来牢固的焊枪，牢固在一个能上下移动的从动杆上，从动杆的下端装有一对可以转动的仿形轮子，轮子跨坐在环形待焊区边线上，随油箱的转动而转动，同时推动从动杆上下移动。革新后焊枪与油箱运动关联示意如图 3 所示，焊枪机构经过革新后，待焊油箱自位置 P 转动至位置 P′的过程中，牢固焊枪的从动杆在油箱外廓的推动下能自由上下伸缩，焊枪机构整体随着移动，整个过程中焊丝干伸长 l 和焊枪倾角 α 均不会发生变化。即焊枪机构经过革新后，焊枪倾角 α 和干伸长 l 两个焊接参数可以确定了。

（2）除了加强焊材库存管控和防潮外，还需调整工序。成形完毕的油箱端盖在装配到筒体前，就用无水乙醇将端盖的待焊区及缩口边一并擦拭，除去油污。待无水乙醇彻底挥发后再进行装配。施焊前看待焊区进行机械清理。需用砂纸打磨筒体直缝的两端部，保证环缝与直缝交叠处的焊缝余高不至过大，减小其对焊丝干伸长和�；て鞯挠跋�，然后整体打磨一遍环形焊缝的待焊区，最后用毛刷扫除磨屑和灰尘。然后再执行焊接

四、结语

经过工艺和设备革新，该铝合金油箱焊接质量和生产效率均得到了大幅提高。解决了批量泛起未熔合和气孔的焊接质量问题，一次焊接合格率从 75%以上提高到98%以上。生产效率得到大幅度提高，原来一台自动焊专机由的两名焊接人员操作，革新后一名焊接人员可以操作两台自动焊专机。