鋁合金油箱漏油問題研究

韓建偉 賀丹莉 屈曉偉 李文進

摘 要：文章通過對重型卡車車輛鋁合金油箱漏油問題進行分析研究，解決了油箱疲勞開裂漏油問題，并從零部件設計、加工、使用維護等方面提出改進措施和建議，有效的解決了油箱滲油問題，提高了油箱的性能和使用壽命。

關鍵詞：油箱；疲勞開裂；漏油；密封性

中圖分類號：U462.3 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）17-310-03

Abstract： Through the analysis and research on the oil leakage problem of aluminum alloy oil tanks for heavy truck vehicles， this article has solved the problem of oil leakage caused by fatigue cracking of oil tanks， and put forward improvement measures and suggestions from the aspects of parts design， processing， use and maintenance， etc.， effectively solving the oil leakage problem of oil tanks， and improving the performance and service life of oil tanks.

Keywords： Oil tank； Fatigue cracking； Oil leakage； Sealing

CLC NO.： U462.3 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-310-03

1 故障現象

在某試驗過程，其中一輛底盤車輛400升鋁合金燃油箱緊固帶與油箱支架處出現約45mm裂紋，裂紋方向與燃油箱緊固帶平行，造成油箱滲漏油，故障車輛行駛里程11000km，如圖1所示。

2 故障原因分析

對故障鋁合金燃油箱進行查看，油箱底部發生大面積變形，裂紋位于油箱外側車尾方向R100處、壓筋成型槽內，經測量裂紋長約45mm、裂紋方向與燃油箱緊固帶平行。對故障鋁合金燃油箱進行拆解，剖切后發現油箱內部2個隔板全部脫落，且2個隔板底部嚴重變形，隔板、鋁合金燃油箱底部與隔板接觸位置都有明顯的摩擦痕跡。

根據故障現象，結合鋁合金燃油箱結構、工藝及使用環境，使用故障樹對故障進行分析，如下：

2.1 定位分析

2.1.1 材質不合格造成燃油箱壓筋處開裂

對失效部位進行宏觀、微觀分析，結果如下：

經對失效件進行檢測分析，失效的鋁合金油箱化學成分、力學性能、金相組織符合GB/T3190-2008和GB/T3880.2-2012技術要求，裂紋源于油箱外表面壓筋凹槽處，源區的臺階棱表明其所受應力較大，裂紋源區與擴展區約占斷口面積的2/3，瞬斷區約占斷口面積的1/3，表現為疲勞開裂。材質不合格造成燃油箱壓筋處開裂原因可以排除。

2.1.2 壓筋處應力集中造成油箱開裂

失效油箱為V型結構，R角較小，壓筋底部存在急劇過渡，造成應力集中，壓筋處在受到隔板的沖擊力、摩擦力及油的沖擊力時，筋底部受力時作用面積小，造成筋底部中心產生裂紋，內部裂紋迅速擴散，導致壓筋穿透型開裂。

2.1.3 外力沖擊造成油箱滲漏油

觀察失效的油箱滲漏部位周邊外表面及油箱支架未見磕碰痕跡，油箱支架未見明顯外力撞擊和變形，油箱底部和側部也未見明顯外力撞擊痕跡和劃痕，該故障現象可以排除。

2.1.4 緊固帶松動未復緊，油箱竄動未復位

經對油箱失效件檢查，發現油箱表面有螺栓松動和油箱竄位未復位明顯竄動痕跡，車輛保養手冊明確要求在車輛使用過程定期對油箱進行復位緊固，因此該故障現象不能排除。

2.1.5 材料厚度尺寸不符技術要求

經對故障油箱和現生產油箱材料厚度測量，厚度為2.0mm，符合5052-H32-2.0 -GB/T3880-2006技術要求，該故障現象可以排除。

2.2 定位結果

油箱隔板主要有兩個作用，一是對油箱內腔形成有效的支撐，二是減輕燃油對油箱的沖擊。鋁合金燃油箱裝配正確時，油箱緊固帶對隔板施加豎直向下的壓力F3，油箱支架對隔板生產豎直向上的支撐力F1，大小F1=F3，方向相反，兩者相互作用，保證了油箱隔板在豎直方向上的穩定；油箱隔板在壓力F3作用下，油箱內部對隔板產生摩擦力f，車輛行駛過程，油箱內部燃油對隔板產生沖力F2，大小f=F2，方向相反，摩擦力f與F2的方向隨著燃油的晃動，來回轉變，兩個力相互作用保證了隔板在水平方向的穩定，如圖6。

在車輛試驗過程，鋁合金燃油箱緊固帶松動后，服務人員沒有及時將燃油箱恢復至正確位置（鋁合金燃油箱表面的壓筋必須油箱緊固帶中心線對齊），只是將鋁合金燃油箱緊固帶螺母緊固，然后車輛仍正常行駛。試驗過程對鋁合金燃油箱緊固帶多次、不正確緊固后，造成緊固帶直接壓在內部沒有隔板支撐的油箱表面，在此過程油箱內部隔板失去緊固帶對其施加的壓力F3，同時隔板水平方向的摩擦力f消失。在車輛行駛過程鋁合金燃油箱內部燃油來回竄動，燃油對油箱內部隔板造成沖擊F2，油箱隔板在水平方向沖力F2反復作用下，油箱隔板與壓筋反復摩擦，隔板與壓筋處長時間摩擦后，隔板底部慢慢變形。油箱壓筋處為V型結構，R角較小，造成應力集中，在相互摩擦過程，壓筋V型結構頂部因疲勞出現裂紋，最終貫通油箱板材厚度方向，導致油箱出現滲漏現象。

3 油箱漏油的改進措施

3.1 更改壓筋結構

故障油箱圓弧角壓筋成型窄，R角較小，壓筋底部存在急劇過渡，造成應力集中，壓筋處在受到隔板的沖擊力、摩擦力及油的沖擊力時，筋底部受力時作用面積小，造成筋底部中心產生裂紋，內部裂紋迅速擴散，導致壓筋穿透型開裂。重新設計優化了壓筋模具。將壓筋結構由V型筋改為U型筋，壓筋后殼體與隔板接觸由線接觸改為面接觸，增加接觸面積，減少殼體壓筋處受力，改進后油箱重新進行強制檢驗及振動試驗，試驗結果合格。

4 結論

油箱漏油問題不但關系到車輛的正常使用，還關系到環保問題。本文通過對鋁合金油箱漏油故障進行分析，對影響油箱滲漏油問題的材料、壓筋機構、壁厚、使用及維護保養等關鍵因素進行逐一分析。最終確定了油箱漏油的真正原因，并通過有效的改進措施來改善壓筋結構，從根本上消除了油箱漏油故障，提高了車輛質量及客戶的滿意度。

參考文獻

[1] 陳家瑞.汽車構造.[M]人民交通出版社.