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輸需求，應(yīng)運而生的700 L、800 L、850 L大容積燃油箱已經(jīng)完全覆蓋整個市場，采用的鋁鎂合金新材料替代了原有的鐵質(zhì)燃油箱，不但實現(xiàn)了整車降重，而且產(chǎn)品升級后外觀十分美觀，提升了重型卡車的整體形象，然而大容積油箱在市場應(yīng)用之后，出現(xiàn)了一系列失效風(fēng)險，例如本文要闡述的隔板松動，竄動摩擦產(chǎn)生鋁粉，鋁粉經(jīng)過吸油管路，順利進(jìn)入發(fā)動機濾芯位置，造成油路系統(tǒng)堵塞，形成新的失效模式，成為該產(chǎn)品走向市場后的一項頑疾[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)生晃動時，降低液體產(chǎn)生的沖擊力，減少對油箱端蓋的沖擊影響，另外一個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)場發(fā)現(xiàn)實際裝配后存在個別不良狀態(tài)如圖2，此狀態(tài)下實施單純的斷續(xù)焊，主要靠焊點拉力將隔板與殼體強制固定，施焊處應(yīng)力集中，存在焊縫疲勞失效風(fēng)險。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，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，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，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，或在使用過程中路況較差、頻繁剎車都會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、摩擦、縫隙增大、突然外力導(dǎo)致脫落，期間多次振動摩擦?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)險大的特點，以往的工藝經(jīng)驗不能滿足產(chǎn)品設(shè)計使用壽命，在積極探索新的工藝方法的同時，結(jié)合多方面的優(yōu)勢進(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，斷續(xù)焊接結(jié)構(gòu)有連接牢靠，不易使隔板產(chǎn)生竄動、節(jié)省設(shè)備、模具投入等優(yōu)點，不過在斷續(xù)焊工藝應(yīng)用過程中，需要不斷進(jìn)行試驗，驗證焊縫長度和焊接位置，保證在焊接后不會發(fā)生撕裂風(fēng)險。

結(jié)合以上兩種工藝優(yōu)點，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。兩種工藝的有機結(jié)合有效地避開了單純斷續(xù)焊接強度不足，有焊縫撕裂的風(fēng)險，周圈卡鎖工藝有效地承擔(dān)了隔板在液體流動過程中的受力問題，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判標(biāo)準(zhǔn)就是油箱總成內(nèi)部應(yīng)用一段時間后是否產(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)量計不大于1.3 mg，具體試驗方法按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耐久性試驗（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，如果單個隔板卡鎖采用4彎8直的結(jié)構(gòu)，單個油箱卡鎖點位最大可48處，生產(chǎn)效率會大打折扣，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，不但減少了卡鎖點位，而且效率會提升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)勢互補

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年首批新工藝實施后的10件750 L油箱在山西市場進(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，在箱體內(nèi)部來回竄動摩擦產(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。