單面焊接雙面成形技術在鋁合金罐車上的應用

吳欽，許杰能

（中國重汽集團柳州運力專用汽車有限公司，廣西柳州545112）

單面焊接雙面成形技術在鋁合金罐車上的應用

吳欽，許杰能

（中國重汽集團柳州運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契機。鋁合金罐車的生產制造關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，經產品試制驗證可行、有效。單面焊接雙面成形技術在鋁合金罐車制作上的成功運用將極大的提升鋁合金罐車產能，減少勞動量，讓制造企業在激烈的市場競爭中更容易獲利。

鋁合金罐車；焊接；單面焊接雙面成形

全國公路計重收費、燃油稅、超載超限車輛整治等政策法規的不斷實施，意味著車輛載貨越多，油耗就越大，運輸成本也就越高。因此，降低整車自重便成為提高運輸車輛載質量的一個重要途徑，輕量化汽車成為社會發展的趨勢。實現汽車輕量化的主要途徑有兩個：結構化設計和新材料的使用[1]。鋁合金，因為具有良好的成型性能和較好的強度、耐腐蝕性且成本低等優點，被越來越多地應用到汽車底盤、發動機及車身中。因此，提高汽車的用鋁量，實現輕量化，已經成為當今汽車制造業技術進步的一個重要環節[2]。

罐式車作為重要的物流設備，在運輸中的應用極為廣泛，在運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構，給運輸業帶來了無限增值效益：安全、高效、環保、節能，在保證整車強度及可靠性和穩定性的前提下，可最佳優化車輛的有效載荷。在許多歐洲國家，專業的制造商已形成大型生產線和熟練工人，并大規模生產鋁合金罐車。而鋁合金罐車的制造難點是鋁及鋁合金材料的焊接，本文主要論述自動送絲雙脈沖交流氬弧焊（TIG焊）單面焊接雙面成形工藝技術在鋁合金罐車罐體焊接上的成功運用，可有效促進鋁合金運油車的產能提升。

1　鋁合金罐車的罐體外形結構

我公司生產的鋁合金半掛罐式車輛（見圖1），采用空氣懸掛，運輸介質為汽油。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構，罐體橫截面為類橢圓形，罐體分五倉。罐體及封頭材質：鋁5182-H111（抗拉強度Rm=280 MPa；屈服強度RmL=125 MPa；斷后伸長率A≥26%）；板厚5~6 mm.

圖1　鋁合金罐車罐體外形結構圖

1.1鋁合金罐車罐體板焊接技術要求

（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、運行中的抗腐蝕性要求以及對焊接件的外觀要求有關；焊接后每條焊縫不小于10%要求進行X射線探傷III級合格，且罐體板自動焊接焊縫探傷一次探傷合格率≥95%；經試水、試漏檢測合格后方能出廠（GB18564.1 -2006金屬常壓罐體安全技術要求規定）。

1.2鋁合金罐車罐體板焊接技術難點

（1）5000系列鋁合金導熱系數比鋼大一倍多，而且比熱容較大，焊接時必須采用專門的焊接工藝，因為鋁合金的導熱系數比能量集中、功率密度大的熱源。另外鋁合金的線膨脹系數較大，大約是鋼的兩倍，易產生較大的焊接變形。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）對接及管（管板）對接等場合；MIG焊接方法適用面較廣，當然MIG焊接方法應用最為成功的金屬材料應為鋁合金，超過3 mm的平板接頭，一般MIG焊均能進行全方位焊接，2~3 mm平板對接接頭采用脈沖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）鋁合金的固態和液態色澤不易區別，焊接操作時難以控制熔池溫度。

（3）焊后經過X射線探傷檢測一次性合格率≥95%，滿足罐式車出廠的硬性指標。

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用場合。目前針對鋁合金輕量化汽車的焊接主要的焊接方法有手動交流鎢極氬弧焊（手工TIG焊）、自動送絲雙脈沖交流鎢極氬弧焊（簡稱自動TIG焊）、自動/半自動熔化極氬弧焊（自動/半自動MIG焊）三種焊接方法。

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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下施焊，熱量比較集中，電弧燃燒穩定，焊縫金屬致密，焊接接頭的強度和塑性高，在工業中獲得較廣泛的應用。但是生產效率低、工人勞動強度大，僅適用于罐體長度小于8 m、小批次的罐車。而對于車罐體長度超過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，生產周期長，純手工焊焊接接頭過粗糙，影響產品外觀，且焊縫質量難保證，且產品交付周期過長，影響企業的效益。

2.2自動、半自動熔化極氬弧焊（自動/半自動MIG焊）

自動、半自動熔化極氬弧焊（自動/半自動MIG焊）的電弧功率大，熱量集中，熱量影響區小，生產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的鋁板不必預熱，只焊接正、反兩層就可獲得表面光滑、質量優良的焊縫。半自動熔化極氬弧焊適用于定位焊縫、斷續的短焊縫及結構形狀不規則的焊件，用半自動氬弧焊焊炬可方便靈活地進行焊接，但半自動焊的焊絲直徑較細，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，產品質量相對欠缺。

2.3自動送絲雙脈沖交流氬弧焊（自動TIG焊）

自動送絲雙脈沖交流自動氬弧焊（自動TIG焊），是利用鎢極與工件之間形成電弧產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的方式可以實現單面焊接雙面成形工藝的自動化焊接方法，該方法焊接具有焊縫質量好、生產效率高，可焊尺寸區域廣等特點。

通過對比，結合鋁合金罐車罐體的結構設計情況，焊接鋁合金罐車罐體較適宜的工藝方法是自動送絲雙脈沖交流氬弧焊（自動TIG焊）單面焊接雙面成形方法（焊縫質量好、可焊區域廣、降低罐體板翻轉次數）。

以下是結合國內某科技有限公司生產的具備自動送絲雙脈沖交流自動TIG焊單面焊接雙面成形工藝技術條件的技術運用情況，將該工藝情況做進一步的說明。

3　鋁合金罐車罐體（主要材質：美鋁5182-H111）焊接工藝

3.1焊接設備

采用國內某科技有限公司生產的具備自動送絲雙脈沖交流單面焊接雙面成形工藝條件的拼板自動焊機（見圖2）。

3.2焊接材料

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

3.3焊接工藝評定

（1）焊接試板及坡口準備

待焊處坡口見圖（3）所示，焊接前將坡口內外兩側8~10 mm范圍內的油污、灰塵等雜質用丙酮清理，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

焊接時按照試焊經驗確定了工藝參數如表1所列。

表1　焊接工藝規范參數

（3）焊縫評定

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

圖4　焊縫外觀效果

表2　X射線探傷檢驗結果

表3　焊件拉伸試驗結果

試驗結果表明，采用自動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，抗拉強度、斷后延伸率等力學性能指標符合《GB18564.1-2006金屬常壓罐體安全技術要求》及滿足我公司對鋁合金罐車焊縫一次探傷合格率規定的相關要求。

4　結束語

隨著社會的進步，鋁及鋁合金因其獨特的材料性質使其在輕量化罐車領域中得到了越來越廣泛的應用，成為我國現代化物流運輸事業發展中不可缺少的結構材料之一。通過對自動送絲雙脈沖交流TIG焊在輕量化鋁合金罐車罐體焊接上的運用研究可以看出，自動送絲雙脈沖交流TIG焊單面焊接雙面成形技術在鋁合金罐罐體板焊接上有著獨特的特點和性質（高效、高質量、一次可焊區域廣），同時為能更好的應用單面焊接雙面成形工藝技術制造出更多更精美的鋁合金罐車產品。

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

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

[3]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第一卷）焊接方法與設備[M].北京：機械工業出版社，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，技術員，從事專用車生產工藝指導。