汽車塑料燃油箱熱板焊接方法

鄢必超，喬璐

（1.湖北工業大學，湖北武漢430068；2.深圳遠望工業自動化有限公司，廣東深圳518101）

汽車塑料燃油箱熱板焊接方法

鄢必超1，喬璐2

（1.湖北工業大學，湖北武漢430068；2.深圳遠望工業自動化有限公司，廣東深圳518101）

介紹了汽車塑料燃油箱熱板焊接方法，并對焊接原理、工作過程、工藝參數和焊接質量檢測方法進行了詳細闡述，有助于塑料油箱熱板焊接方法的推廣應用。

塑料燃油箱；熱板焊接；工藝

隨著汽車環保要求、安全性要求的逐步提高，乘用車的燃油箱正由鐵油箱向單層塑料油箱、多層塑料油箱方向發展[1]。汽車燃油箱是由燃油箱本體、安全閥、燃油加油管總成、加油通氣口、燃油泵緊固蓋、固定支架等部件通過焊接或安裝組成的整體。

目前，塑料油箱常采用六層結構形式。使用高密度聚乙烯（HDPE）、乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）、粘結劑制作而成。油箱由內到外分別是新料層、粘接層、阻隔層（EVOH）、粘接層、回料層、新料層[2]。各層厚度比例分別為：46%、2.5%、3%、2.5%、6%、40%.

熱板焊接是汽車工業中應用最廣泛的塑料焊接方法之一。現就塑料燃油箱的熱板焊接成型機理、焊接過程、焊接工藝參數的設定以及焊接質量的檢測方法進行闡述，希望對塑料燃油箱熱板焊接加工方法的應用起到推廣作用。

1 熱板焊接成型機理

塑料燃油箱熱板焊接是指燃油箱本體和焊件分別與熱板接觸熔融后，使用機械手將熔融的表面壓在一起完成焊接過程。熱板由表面涂有一層聚四氟乙烯的金屬制成，通過內部的管狀加熱絲加熱。使用溫度、壓力、位移傳感器對熱板表面的溫度、作用壓力和熔接深度進行精確控制。

在熱板加熱過程中，燃油箱和焊件的表面會形成熔融層，熔融層內的分子運動能量和自由體積較大，聚乙烯分子鏈可以進行整鏈的擴散運動。在機械手壓力的作用下，一部分高分子鏈會從所在的熔融層擴散至對面的熔融層中，并與對面熔融層的高分子鏈發生纏接，待冷卻后就實現了焊件與燃油箱殼體的鏈接。

在焊接過程中，高分子鏈之間沒有產生化學連接，焊接強度取決于焊接面之間高分子鏈的相互穿插盤繞程度[3]。高分子鏈擴散、盤繞的程度主要受到焊接壓力、加熱溫度、作用時間和聚合物流動特性等因素影響。

2 焊接過程

塑料燃油箱的焊接屬于同種類聚乙烯材料焊接。整個焊接過程如圖1所示。對于一個給定的溫度，焊接過程用壓力-時間關系圖表示。

圖1 塑料油箱焊接工藝

3 焊接工藝參數設定

影響熱板焊接質量的主要因素有加熱溫度、作用時間、焊接壓力、冷卻壓力和熔接深度。

3.1 加熱溫度

塑料油箱的焊接通過聚乙烯高分子鏈物理擴散纏繞完成。隨著加熱溫度的升高，分子鏈加速擴散纏繞，達到縮短焊接周期和提高焊接質量的效果。而焊接溫度又會受到HDPE材料流動特性和環境溫度等因素的影響。

塑料燃油箱常用材料牌號有巴塞爾4261AG、道達爾MS201BN和日本JPC HB111R.對于熔融指數范圍6~8，塑料燃油箱加熱溫度范圍220~240℃.工程實踐中常設定初始加熱溫度值220℃，根據環境溫度適當調整。如果環境溫度較低，熔融體的冷卻速度加快，影響分子擴散，需要提高加熱溫度，以補償這種影響。

3.2 壓力

焊接過程壓力包括加熱壓力P1、焊接對熔壓力P3、冷卻壓力P4.

加熱壓力P1作用是保證焊接面與熱板接觸，熱量順利地傳遞至焊接部位。應避免過大的壓力造成熔融體過多溢出加熱部位，導致冷焊現象出現。

焊接對熔壓力P3是焊接過程中的壓力，它直接關系到焊接質量。焊接壓力增加，有利于提高焊接質量。但根據流動過程理論，焊接強度達到一個曲線的平穩段后，基本不再受焊接壓力的影響。

對于冷卻壓力P4，工程實踐表明，冷卻階段施加一定壓力有利于提高焊件的焊接強度。通常冷卻壓力值設定小于焊接壓力。

3.3 時間

加熱時間T1指熱板對焊接面加熱，焊接面吸收熱量，形成一定厚度熔膜的時間。

切換時間T2指從熱板抽出，到焊接面閉合的時間。焊接是在熔融態進行的，而且其可焊性處于熔融態的最高點，這種狀態的溫度范圍較窄[4]。因此切換應該盡量短，特別是在環境溫度較低情況下。

焊接對熔時間T3指焊件與燃油箱殼體焊接面對合后對熔的壓力作用時間。

冷卻時間T4指冷卻階段壓力作用時間。

3.4 熔接深度

熔接深度H指在焊接時間T4期間，在壓力作用下，焊件垂直于焊接面方向的移動距離。根據燃油箱各層結構特點，深度必須控制在3 mm以內，避免破壞EVOH層，影響燃油箱耐滲透性。

綜上分析，塑料油箱常用的焊接工藝參數如表1所示。

表1 塑料油箱焊接工藝參數

4 焊接質量檢查

塑料油箱焊接質量檢查主要包括：

（1）超聲波氣密性檢查

在室溫的環境下，封閉所有排氣孔、供油連接件和安全閥，往燃油箱中加入0.03 MPa~0.05 MPa的壓力后將燃油箱總成和油管浸沒于水槽中，在水中保持試驗時間20 s（新產品使用60 s）。油箱焊接處不得出現泄漏率大于10-2mbarL/s的泄漏，即目測觀察不到氣泡。

（2）內壓穩定性檢查

燃油箱固定在試驗裝置上，在室溫的環境下，封閉所有排氣孔、供油連接件和可能裝有的安全閥，往燃油箱內加水，使油箱在3~4 min時間內內部壓力達到0.3 MPa后保持1 min.目測評定油箱焊接處是否泄露或破裂。

（3）焊接強度檢查

焊接位置點在任何方向上能在10 kg的作用力下不脫落。

（4）外觀檢查

焊接處附近油箱表面不得出現摩擦痕、燙傷痕。焊接件位置和方向正確，翻漿均勻。

5 結束語

為了保證塑料油箱焊接質量的穩定可靠，不僅需要嚴格控制焊接工藝參數大小，而且也制定了完善的焊接質量檢驗方法。

（1）焊接最佳溫度在220~240℃之間，應綜合考慮環境溫度的影響。

（2）焊接對熔壓力在150~400 N之間。焊接對熔壓力增大有利于提高焊接質量，但焊接壓力達到一定值時，焊接強度不再受壓力影響。冷卻階段施加壓力有助于提高焊接質量。

（3）足夠的加熱和焊接時間對焊接質量會產生很大影響。

（4）熔接深度控制在3 mm以內，避免影響燃油箱耐滲透性。

[1]沈小榮，陳曉軍.轎車鐵油箱改為塑料油箱的開發[J].輕型汽車技術，2010，（7）:17.

[2]桂歡歡，桂娜.塑料燃油箱在汽車上的應用及發展[J].工程塑料應用，2010，38（5）:48-49.Zhou Jiongpan.Commu nication theory basis[M].Beijing:PT Press，1991.10-11.

[3]施建峰.聚乙烯管道電熔接頭冷焊形成機理及其檢測和評定方法[D].杭州：浙江大學，2011：37.

[4]姜文彪，周衛民，吳作倫.塑料管道熱熔對接焊機的研制[J].機電工程，2005，22（6）：4.

The Process of Hot Plate Welding of Automobile Plastic Fuel Tank

YAN Bi-chao1，QIAO Lu2
（1.Department of Mechanical Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan Hubei 430068，China；2.Shenzhen Yuanwang Industry Automation Equipment Co.，Ltd.，Name of Organization，Shenzhen Guangdong 518101，China）

This article introduced the hot plate welding method of automotive plastic fuel tank. Welding principle，working process，process parameters and checking method of the welding quality were described in detail，in favor of plastic fuel tanks hot plate welding method application.

plastic fuel tank；hot plate welding；process

U466

B

1672-545X（2016）09-0129-03

2016-06-15

鄢必超（1978-），男，湖北人，工程碩士在讀，主要從事汽車塑料燃油箱加工設備的研究。