吳欽，許杰能

（中國(guó)重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力專用汽車有限公司，廣西柳州545112）

單面焊接雙面成形技術(shù)在鋁合金罐車上的應(yīng)用

吳欽，許杰能

（中國(guó)重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力專用汽車有限公司，廣西柳州545112）

鋁合金材料是降低車輛自重的新材料之一，這給使用鋁合金材料的車輛帶來新的市場(chǎng)契機(jī)。鋁合金罐車的生產(chǎn)制造關(guān)鍵在于鋁及鋁合金罐體的焊接上。本文主要論述一種新型的鋁合金罐體焊接工藝，即鋁合金罐體的單面焊接雙面成形技術(shù)，經(jīng)產(chǎn)品試制驗(yàn)證可行、有效。單面焊接雙面成形技術(shù)在鋁合金罐車制作上的成功運(yùn)用將極大的提升鋁合金罐車產(chǎn)能，減少勞動(dòng)量，讓制造企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中更容易獲利。

鋁合金罐車；焊接；單面焊接雙面成形

全國(guó)公路計(jì)重收費(fèi)、燃油稅、超載超限車輛整治等政策法規(guī)的不斷實(shí)施，意味著車輛載貨越多，油耗就越大，運(yùn)輸成本也就越高。因此，降低整車自重便成為提高運(yùn)輸車輛載質(zhì)量的一個(gè)重要途徑，輕量化汽車成為社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的主要途徑有兩個(gè)：結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和新材料的使用[1]。鋁合金，因?yàn)榫哂辛己玫某尚托阅芎洼^好的強(qiáng)度、耐腐蝕性且成本低等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用到汽車底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)及車身中。因此，提高汽車的用鋁量，實(shí)現(xiàn)輕量化，已經(jīng)成為當(dāng)今汽車制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[2]。

罐式車作為重要的物流設(shè)備，在運(yùn)輸中的應(yīng)用極為廣泛，在運(yùn)輸成本中占有很大的投資比例。鋁合金罐車可采用半掛式或一體式結(jié)構(gòu)，給運(yùn)輸業(yè)帶來了無限增值效益：安全、高效、環(huán)保、節(jié)能，在保證整車強(qiáng)度及可靠性和穩(wěn)定性的前提下，可最佳優(yōu)化車輛的有效載荷。在許多歐洲國(guó)家，專業(yè)的制造商已形成大型生產(chǎn)線和熟練工人，并大規(guī)模生產(chǎn)鋁合金罐車。而鋁合金罐車的制造難點(diǎn)是鋁及鋁合金材料的焊接，本文主要論述自動(dòng)送絲雙脈沖交流氬弧焊（TIG焊）單面焊接雙面成形工藝技術(shù)在鋁合金罐車罐體焊接上的成功運(yùn)用，可有效促進(jìn)鋁合金運(yùn)油車的產(chǎn)能提升。

1　鋁合金罐車的罐體外形結(jié)構(gòu)

我公司生產(chǎn)的鋁合金半掛罐式車輛（見圖1），采用空氣懸掛，運(yùn)輸介質(zhì)為汽油。罐車的裝卸方式為上裝下卸或底部裝卸。罐體為臥式鋁制焊接直圓筒結(jié)構(gòu)，罐體橫截面為類橢圓形，罐體分五倉(cāng)。罐體及封頭材質(zhì)：鋁5182-H111（抗拉強(qiáng)度Rm=280 MPa；屈服強(qiáng)度RmL=125 MPa；斷后伸長(zhǎng)率A≥26%）；板厚5~6 mm.

圖1　鋁合金罐車罐體外形結(jié)構(gòu)圖

1.1鋁合金罐車罐體板焊接技術(shù)要求

（2）焊接接頭的使用性能。填充金屬的選擇除取決于母材成分外，還與接頭的幾何形狀、運(yùn)行中的抗腐蝕性要求以及對(duì)焊接件的外觀要求有關(guān)；焊接后每條焊縫不小于10%要求進(jìn)行X射線探傷III級(jí)合格，且罐體板自動(dòng)焊接焊縫探傷一次探傷合格率≥95%；經(jīng)試水、試漏檢測(cè)合格后方能出廠（GB18564.1 -2006金屬常壓罐體安全技術(shù)要求規(guī)定）。

1.2鋁合金罐車罐體板焊接技術(shù)難點(diǎn)

（1）5000系列鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)比鋼大一倍多，而且比熱容較大，焊接時(shí)必須采用專門的焊接工藝，因?yàn)殇X合金的導(dǎo)熱系數(shù)比能量集中、功率密度大的熱源。另外鋁合金的線膨脹系數(shù)較大，大約是鋼的兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形。目前，鋁合金焊接常用的方法有MIG焊接和TIG焊接，其中：TIG焊操作較易撐握，焊縫成型美觀，但由于功率較小，效率低，主要適用于薄板（3 mm以下）對(duì)接及管（管板）對(duì)接等場(chǎng)合；MIG焊接方法適用面較廣，當(dāng)然MIG焊接方法應(yīng)用最為成功的金屬材料應(yīng)為鋁合金，超過3 mm的平板接頭，一般MIG焊均能進(jìn)行全方位焊接，2~3 mm平板對(duì)接接頭采用脈沖MIG焊，亦能取得良好的效果。鋁合金焊縫中的主要缺陷是氣孔，其次是夾渣，裂紋較為少見[3]。

（2）鋁合金的固態(tài)和液態(tài)色澤不易區(qū)別，焊接操作時(shí)難以控制熔池溫度。

（3）焊后經(jīng)過X射線探傷檢測(cè)一次性合格率≥95%，滿足罐式車出廠的硬性指標(biāo)。

2　鋁合金罐車罐體焊接方法選擇

鋁合金罐體材料的焊接方法很多，各種方法有其不同的應(yīng)用場(chǎng)合。目前針對(duì)鋁合金輕量化汽車的焊接主要的焊接方法有手動(dòng)交流鎢極氬弧焊（手工TIG焊）、自動(dòng)送絲雙脈沖交流鎢極氬弧焊（簡(jiǎn)稱自動(dòng)TIG焊）、自動(dòng)/半自動(dòng)熔化極氬弧焊（自動(dòng)/半自動(dòng)MIG焊）三種焊接方法。

日子如同流水，生活沒有波瀾。很多時(shí)候她試圖弄清這些傷疤的來歷，可是每當(dāng)想到這里，便困意漸濃。然后她的腳跟上多出第四道和第五道傷疤，再然后，第六道傷疤遲遲不見。

2.1手工鎢極氬弧焊（手工TIG焊）

手工鎢極氬弧焊（手工TIG焊），這種方法是在氬氣保護(hù)下施焊，熱量比較集中，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫金屬致密，焊接接頭的強(qiáng)度和塑性高，在工業(yè)中獲得較廣泛的應(yīng)用。但是生產(chǎn)效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，僅適用于罐體長(zhǎng)度小于8 m、小批次的罐車。而對(duì)于車罐體長(zhǎng)度超過8 m的鋁合金罐車，罐體焊接工作量大。若采用手工TIG焊的方式來焊接罐體，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，純手工焊焊接接頭過粗糙，影響產(chǎn)品外觀，且焊縫質(zhì)量難保證，且產(chǎn)品交付周期過長(zhǎng)，影響企業(yè)的效益。

2.2自動(dòng)、半自動(dòng)熔化極氬弧焊（自動(dòng)/半自動(dòng)MIG焊）

自動(dòng)、半自動(dòng)熔化極氬弧焊（自動(dòng)/半自動(dòng)MIG焊）的電弧功率大，熱量集中，熱量影響區(qū)小，生產(chǎn)效率比手工鎢極氬弧焊可提高2~3倍，可以焊接厚度在50 mm以下的純鋁及鋁合金板。焊接厚度30 mm的鋁板不必預(yù)熱，只焊接正、反兩層就可獲得表面光滑、質(zhì)量?jī)?yōu)良的焊縫。半自動(dòng)熔化極氬弧焊適用于定位焊縫、斷續(xù)的短焊縫及結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則的焊件，用半自動(dòng)氬弧焊焊炬可方便靈活地進(jìn)行焊接，但半自動(dòng)焊的焊絲直徑較細(xì)，焊縫的氣孔敏感性較大并且不易于采用單面焊接雙面成形工藝，產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)欠缺。

2.3自動(dòng)送絲雙脈沖交流氬弧焊（自動(dòng)TIG焊）

自動(dòng)送絲雙脈沖交流自動(dòng)氬弧焊（自動(dòng)TIG焊），是利用鎢極與工件之間形成電弧產(chǎn)生的大量熱量熔化待焊處，外加填充焊絲獲得牢固的焊接接頭；通過與搭載焊接專機(jī)的方式可以實(shí)現(xiàn)單面焊接雙面成形工藝的自動(dòng)化焊接方法，該方法焊接具有焊縫質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高，可焊尺寸區(qū)域廣等特點(diǎn)。

通過對(duì)比，結(jié)合鋁合金罐車罐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，焊接鋁合金罐車罐體較適宜的工藝方法是自動(dòng)送絲雙脈沖交流氬弧焊（自動(dòng)TIG焊）單面焊接雙面成形方法（焊縫質(zhì)量好、可焊區(qū)域廣、降低罐體板翻轉(zhuǎn)次數(shù)）。

以下是結(jié)合國(guó)內(nèi)某科技有限公司生產(chǎn)的具備自動(dòng)送絲雙脈沖交流自動(dòng)TIG焊單面焊接雙面成形工藝技術(shù)條件的技術(shù)運(yùn)用情況，將該工藝情況做進(jìn)一步的說明。

3　鋁合金罐車罐體（主要材質(zhì)：美鋁5182-H111）焊接工藝

3.1焊接設(shè)備

采用國(guó)內(nèi)某科技有限公司生產(chǎn)的具備自動(dòng)送絲雙脈沖交流單面焊接雙面成形工藝條件的拼板自動(dòng)焊機(jī)（見圖2）。

3.2焊接材料

選用進(jìn)口同質(zhì)焊絲ER5183（加鋁）/R5183，滿足接頭的強(qiáng)度及使用要求，焊絲直徑為φ1.6 mm.保護(hù)氣體選用純度不低于99.99%的氬氣。

3.3焊接工藝評(píng)定

（1）焊接試板及坡口準(zhǔn)備

待焊處坡口見圖（3）所示，焊接前將坡口內(nèi)外兩側(cè)8~10 mm范圍內(nèi)的油污、灰塵等雜質(zhì)用丙酮清理，采用不銹鋼刷將氧化膜去除至坡口露出純金屬光澤。

圖3　坡口形式

（2）焊接工藝參數(shù)

焊接時(shí)按照試焊經(jīng)驗(yàn)確定了工藝參數(shù)如表1所列。

表1　焊接工藝規(guī)范參數(shù)

（3）焊縫評(píng)定

試板焊接完后，我公司委托特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院分別進(jìn)行了焊縫外觀檢驗(yàn)、內(nèi)部X射線探傷檢驗(yàn)，并參照EN14286、GB/T228.1-2010（金屬材料拉伸試驗(yàn)第一部分：室溫試驗(yàn)方法）進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，其試驗(yàn)情況如圖4，表2、3所示。

圖4　焊縫外觀效果

表2　X射線探傷檢驗(yàn)結(jié)果

表3　焊件拉伸試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用自動(dòng)送絲雙脈沖交流氬弧焊單面焊接雙面成形工藝焊接的鋁合金罐體板焊縫X射線一次探傷通過率高，抗拉強(qiáng)度、斷后延伸率等力學(xué)性能指標(biāo)符合《GB18564.1-2006金屬常壓罐體安全技術(shù)要求》及滿足我公司對(duì)鋁合金罐車焊縫一次探傷合格率規(guī)定的相關(guān)要求。

4　結(jié)束語

隨著社會(huì)的進(jìn)步，鋁及鋁合金因其獨(dú)特的材料性質(zhì)使其在輕量化罐車領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為我國(guó)現(xiàn)代化物流運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展中不可缺少的結(jié)構(gòu)材料之一。通過對(duì)自動(dòng)送絲雙脈沖交流TIG焊在輕量化鋁合金罐車罐體焊接上的運(yùn)用研究可以看出，自動(dòng)送絲雙脈沖交流TIG焊單面焊接雙面成形技術(shù)在鋁合金罐罐體板焊接上有著獨(dú)特的特點(diǎn)和性質(zhì)（高效、高質(zhì)量、一次可焊區(qū)域廣），同時(shí)為能更好的應(yīng)用單面焊接雙面成形工藝技術(shù)制造出更多更精美的鋁合金罐車產(chǎn)品。

[1]趙宗超.鋁合金材料在汽車中的應(yīng)用與發(fā)展[J].鋁合金材料在汽車中的應(yīng)用與發(fā)展，2011，（8）：20-25.

[2]蔡其剛.鋁合金在汽車車體上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探討[J].廣西輕工業(yè)，2009，（3）：72-75.

[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第一卷）焊接方法與設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

The User of Single Side Welding and Both Sides Forming Technology on Making Aluminium Alloy Tank

WU Qin，XU Jie-neng
（SINOTRUK Liuzhou Yunli Special Vehicle Co.Ltd.，Liuzhou Guangxi 545112，China）

The aluminum alloy material is one of the new materials to reduce the weight of vehicle.It brings a new market opportunity for vehicles using aluminum alloy materials.The key to the aluminum alloy tanker production is aluminum and aluminum alloy tank welding.A new type of aluminum alloy tank welding process is discussed in this paper.That is single side welding double side forming technology of aluminum alloy tanker，which proved by producing test.The succeed user of single side welding double side forming technology on making aluminium alloy tank will promote capacity and reduce work of making aluminium alloy tank.It will make the producer easily to have a good profit in h the intense business.

aluminium alloy tank；welding；single side welding and both sides forming

TG44

B

1672-545X（2016）10-0150-03

2016-07-15

吳欽（1985-），男，廣西合浦人，本科，技術(shù)員，從事專用汽車焊接、裝配等工作；許杰能（1981-），男，廣西防城港人，本科，技術(shù)員，從事專用車生產(chǎn)工藝指導(dǎo)。