汽車(chē)鋁合金燃油箱焊接技術(shù)的要點(diǎn)研究

　　[摘 要]如今汽車(chē)都采用鋁合金燃油箱，因?yàn)槠渚哂匈|(zhì)量輕、耐腐蝕、產(chǎn)品壽命周期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)效益好且材料再生率高等等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，符合我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的綠色環(huán)保與節(jié)能降耗基本要求。不過(guò)鋁合金燃油箱的可焊特性相對(duì)偏差，所以它阻礙了產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)難度。本文主要研究了汽車(chē)鋁合金燃油箱的創(chuàng)新焊接工藝要點(diǎn)。
　　[關(guān)鍵詞]汽車(chē)鋁合金燃油箱；焊接技術(shù)；機(jī)器人焊接；要點(diǎn)
　　中圖分類號(hào)：S795 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0208-01
　　根據(jù)過(guò)往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以了解到，鋁合金材料的可焊性是相對(duì)較差的，這是因?yàn)殇X金屬本身具有較強(qiáng)的氧化性，它的表面在遇熱后容易形成Al2O3，熔點(diǎn)在2050℃左右。在高溫焊接過(guò)程中，高溫所產(chǎn)生的氧化膜會(huì)嚴(yán)重阻礙金屬之間相互結(jié)合，并同時(shí)形成大量的夾渣與氣孔。正是這一較高的導(dǎo)熱系數(shù)與比熱容導(dǎo)致其在焊接過(guò)程中會(huì)在金屬內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量，同時(shí)熱能消耗也較大，此時(shí)鋁金屬的線膨脹系數(shù)會(huì)持續(xù)增加，最高可達(dá)到鋼的兩倍左右，導(dǎo)致金屬表面產(chǎn)生明顯熱變形與大量裂紋。
　　一、汽車(chē)鋁合金燃油箱焊接的難點(diǎn)問(wèn)題與基本工藝
　　（一）待解決的難點(diǎn)問(wèn)題
　　汽車(chē)鋁合金燃油箱焊接技術(shù)涉及諸多難點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題，比如說(shuō)薄板鋁合金本身在封閉結(jié)構(gòu)方面復(fù)雜，所以它的焊接應(yīng)用技術(shù)也存在一定困難，總結(jié)來(lái)講它需要解決以下5方面問(wèn)題。
　　第一，要解決焊接夾具中鋁合金燃油箱的定位夾緊問(wèn)題。
　　第二，要解決鋁合金燃油箱的注油口薄板焊接工藝問(wèn)題。
　　第三，要解決鋁合金燃油箱薄板的封閉結(jié)構(gòu)焊接工藝問(wèn)題，例如長(zhǎng)焊縫焊接工藝與比較常見(jiàn)的焊接熱變形問(wèn)題。
　　第四，要解決某些鼓形界面的焊縫自動(dòng)化焊接問(wèn)題。
　　第五，要解決焊接工藝的成本問(wèn)題。一般情況下鋁合金燃油箱焊接工藝中材料成本就占到80%以上，如果不能有效把握焊接質(zhì)量導(dǎo)致焊接材料作廢，就會(huì)喪失大量成本，同時(shí)提高焊接廢品率，使得企業(yè)失去競(jìng)爭(zhēng)力。
　�。ǘ�）基本焊接工藝要點(diǎn)
　　汽車(chē)鋁合金燃油箱的基本焊接工藝首先要注重注油口座與燃油箱本體之間的焊縫連接，二者正確的焊縫連接應(yīng)該為空間曲線形式。一般情況下，注油口處都為壁厚在1.5～2.0mm的鋁合金板，非常容易焊穿，而且它的焊接工序需要手工完成，焊接效率低且焊接成本高。目前基本焊接工藝會(huì)采用MIG機(jī)器人自動(dòng)焊接工藝，它對(duì)焊接空間曲線的復(fù)雜姿態(tài)變化把握非常精確，且焊接速度快，在高速焊接過(guò)程中機(jī)器人還能實(shí)現(xiàn)對(duì)焊槍姿態(tài)的有效調(diào)整，保證焊縫成型良好�？紤]到焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生氣孔，無(wú)法滿足燃油箱的嚴(yán)格密封要求，所以應(yīng)該在焊接燃油箱注油口座位置合理配置焊接速度、電流，同時(shí)調(diào)整好機(jī)器人的基本運(yùn)行姿態(tài)。整體來(lái)講其調(diào)試過(guò)程必須遵循動(dòng)態(tài)調(diào)試原則，保證注油口座的焊接高質(zhì)量，滿足汽車(chē)鋁合金燃油箱產(chǎn)品性能基本要求。
　　在燃油箱焊接過(guò)程中應(yīng)該注意一點(diǎn)焊接難點(diǎn)問(wèn)題，即環(huán)縫焊接，由于其焊接部位懸空，所以焊縫長(zhǎng)度要求較長(zhǎng)，但伴隨焊接時(shí)間的持續(xù)增加，焊接區(qū)溫度也會(huì)持續(xù)升高，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度后非常容易出現(xiàn)焊縫塌陷甚至焊穿問(wèn)題。該難點(diǎn)問(wèn)題中所涉及的問(wèn)題與相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵就在于5點(diǎn)。
　　首先，焊接屬于熱輸入過(guò)程，如果熱輸入過(guò)大，焊接電流就會(huì)增大，而焊接速度則會(huì)變慢。
　　其次，焊接過(guò)程中可能存在燃油箱本體與端蓋配合間隙過(guò)大問(wèn)題，其所造成的直接結(jié)果就是焊接熱量傳導(dǎo)的嚴(yán)重不均。由于鋁合金本身導(dǎo)熱能力強(qiáng)，所以焊接過(guò)程中本體熱容量是會(huì)超過(guò)端蓋的，如果焊接間隙過(guò)大就會(huì)導(dǎo)致向燃油箱本體傳遞的焊接熱量減小，此時(shí)非常容易在端蓋位置形成焊接塌陷與焊穿現(xiàn)象。
　　第三，端蓋在受到收口拉延作用下其棱邊部位厚度會(huì)被削薄，如果是在正常焊接過(guò)程中容易造成焊縫塌陷甚至焊穿現(xiàn)象。
　　第四，像載重卡車(chē)這類大型機(jī)動(dòng)車(chē)的鋁合金燃油箱尺寸徑向都相對(duì)偏大，所以其偏差也大，在焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)弧長(zhǎng)變化大的問(wèn)題。但如果弧長(zhǎng)過(guò)小則會(huì)出現(xiàn)電弧吹力變大問(wèn)題，此時(shí)也容易出現(xiàn)焊穿現(xiàn)象。
　　第五，技術(shù)人員的焊槍焊接姿勢(shì)不正確。某些技術(shù)人員在鋁合金燃油箱的4個(gè)圓角位置開(kāi)始焊接，整個(gè)焊接操作過(guò)程完畢后會(huì)發(fā)現(xiàn)焊接曲率變化偏大，這是由于他們的焊槍姿勢(shì)調(diào)整不合理所造成的后果，此時(shí)的燃油箱就會(huì)存在成形不好或焊穿現(xiàn)象。
　　結(jié)合上述5點(diǎn)需要明確一個(gè)問(wèn)題，那就是汽車(chē)鋁合金燃油箱焊接技術(shù)在實(shí)施前首先要進(jìn)行焊縫強(qiáng)度試驗(yàn)，主要對(duì)燃油箱的不同部位焊縫展開(kāi)。具體為靜載試驗(yàn)，看焊接接頭強(qiáng)度是否在母材之上（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求焊接接頭強(qiáng)度高于母材）。而同時(shí)還要進(jìn)行強(qiáng)振、耐壓、道路等試驗(yàn)技術(shù)作出相應(yīng)技術(shù)質(zhì)量檢驗(yàn)，鞏固焊接成果[1]。
　　二、汽車(chē)鋁合金燃油箱的創(chuàng)新焊接工藝要點(diǎn)研究
　�。ㄒ唬�機(jī)器人焊接工藝要點(diǎn)
　　目前國(guó)內(nèi)外比較常見(jiàn)的汽車(chē)鋁合金燃油箱焊接工藝就包括了機(jī)器人焊接、雙脈沖MIG焊接以及激光跟蹤，本文以最常見(jiàn)的機(jī)器人焊接工藝為例，對(duì)其焊接工藝要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要研究分析。
　　如上文所述，機(jī)器人焊接工藝注重焊縫連接，而連接中的焊絲對(duì)中工藝細(xì)節(jié)更不容忽視，如圖1。
　　如圖1，在鋁合金燃油箱焊接接頭工藝應(yīng)用過(guò)程中要注重焊絲對(duì)接所涉及到的中空薄板密閉容器焊接過(guò)程，其整體焊接難度偏大，特別是焊絲在對(duì)中點(diǎn)控制方面一定會(huì)影響到焊縫熔池的形成過(guò)程，所以技術(shù)人員在焊絲對(duì)中操作過(guò)程中要注意焊槍激光跟蹤傳感頭與焊槍安裝后狀態(tài)并非完全處于同一條直線上，要充分考慮特殊接頭焊接問(wèn)題，包括焊絲中心接頭在焊接后的實(shí)際效果。以下提出兩種正確的焊絲對(duì)中工藝方法：首先第一種方法，實(shí)際在對(duì)中過(guò)程中難以用肉眼來(lái)確定對(duì)中位置，因此要采用激光跟蹤掃描方式精準(zhǔn)找到焊縫位置，通過(guò)人工設(shè)置其焊接左右偏移值，滿足焊絲對(duì)中位置要求。具體操作為將焊絲偏向于端蓋一側(cè)，在焊接過(guò)程中嚴(yán)格注意塌陷、咬邊、焊穿等等問(wèn)題，避免上述問(wèn)題過(guò)于嚴(yán)重而無(wú)法形成有效焊縫。第二種方法，要求焊絲偏向于筒體一側(cè)，如此操作可保證焊接效果良好。不過(guò)該方法對(duì)于焊接過(guò)程中的電壓、電流、焊接速度、脈沖頻率等重要參數(shù)都有高要求，必須通過(guò)大量的焊接工藝試驗(yàn)才能明確并精確焊接工藝參數(shù)。對(duì)左右偏移值的確定還要根據(jù)實(shí)際的焊接效果而定，盡量控制焊槍的偏移軌跡距離，再根據(jù)偏移值來(lái)優(yōu)化焊接效果[2]。
　　（二）焊接工藝計(jì)算試驗(yàn)
　　汽車(chē)鋁合金燃油箱在焊接過(guò)程中是存在直線段與圓弧段的，結(jié)合兩段要采用相應(yīng)不同的激光焊縫跟蹤工藝類型，同時(shí)時(shí)刻調(diào)整其跟蹤偏移值，上述所提到的不同從參數(shù)計(jì)算層面來(lái)看就是激光跟蹤參數(shù)seam_offs_y和trackmode的不同。在明確兩計(jì)算參數(shù)并進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)后，才能獲得良好的焊接效果。在實(shí)際的鋁合金油箱焊接試驗(yàn)過(guò)程中，在直線段焊接時(shí)將激光跟蹤類型設(shè)置為y，并依照z方向進(jìn)行修正，再采用機(jī)器人焊接。機(jī)器人會(huì)在z、y兩方向上繼續(xù)進(jìn)行軌跡數(shù)據(jù)修正，直到最終軌跡修正正確無(wú)誤差位置；另一方面，在圓弧段的焊接焊縫跟蹤類型則要將z方向的修正值完全關(guān)閉，保證機(jī)器人能夠以最短時(shí)間回到y(tǒng)方向示教軌跡上，同時(shí)保持對(duì)y方向軌跡數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)校正。通過(guò)上述焊接工藝計(jì)算實(shí)驗(yàn)與軌跡數(shù)據(jù)修正后發(fā)現(xiàn)采用機(jī)器人跟蹤焊接汽車(chē)鋁合金燃油箱能取得較好焊接效果[3]。
　　三、總結(jié)
　　目前的汽車(chē)鋁合金燃油箱焊接工藝類型多元，技術(shù)內(nèi)容豐富，而有效提高工藝裝備水平，增進(jìn)焊接質(zhì)量與效率，確保燃油箱產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)穩(wěn)定。除機(jī)器人焊接工藝外，像雙脈沖MIG焊接、激光跟蹤焊接也具有一定的高技術(shù)內(nèi)涵價(jià)值與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，值得在未來(lái)深入研究并廣泛應(yīng)用。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 劉國(guó)山，許嘉平，張雷等.載重卡車(chē)鋁合金燃油箱焊接技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)[J].電焊機(jī)，2010，40（5）：135-138.

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