大容積鋁合金燃油箱隔板固定新技術探究

雷 亮，劉 飛，張 珂，李 勇

（陜西德仕汽車部件（集團）有限責任公司，陜西 西安 710200）

前言

近年來重卡燃油箱市場多元化發展，新材料，新技術，新裝備的不斷革新，迎來了中國重型卡車牽引車的蓬勃發展，車輛續航里程遠已經成為牽引車需求之一，過去的400 L以下容積的油箱已經全然不適合牽引車的長途運輸需求，應運而生的700 L、800 L、850 L大容積燃油箱已經完全覆蓋整個市場，采用的鋁鎂合金新材料替代了原有的鐵質燃油箱，不但實現了整車降重，而且產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用之后，出現了一系列失效風險，例如本文要闡述的隔板松動，竄動摩擦產生鋁粉，鋁粉經過吸油管路，順利進入發動機濾芯位置，造成油路系統堵塞，形成新的失效模式，成為該產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現狀

（1）燃油箱隔板屬于油箱內部的關鍵件，其主要作用是當油箱內部液體發生晃動時，降低液體產生的沖擊力，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焊。然而，根據長期售后市場的數據采集，采用斷續焊固定隔板的燃油箱，故障率極高，焊點邊緣拉裂而導致燃油箱滲漏失效的現象十分嚴重。

（2）大容積燃油箱在生產過程中隔板的裝配狀態存在缺陷，按要求隔板在裝入箱體內部后，務必保證過盈配合狀態，保證隔板與箱體內壁貼合完整，施焊處不能存在間隙，可現場發現實際裝配后存在個別不良狀態如圖2，此狀態下實施單純的斷續焊，主要靠焊點拉力將隔板與殼體強制固定，施焊處應力集中，存在焊縫疲勞失效風險。滿載狀態，尤其頻繁剎車、路況條件差的行駛狀態下，箱體內部液體產生晃動沖擊隔板，使焊接處疲勞受力，造成焊縫處出現撕裂現象，最終導致油箱滲漏。

圖2 裝配后產生不同程度間隙

（3）工藝技術人員經過多方試驗，開發了新工藝，采用卡鎖式連接，利用箱體與隔板的裝配貼合面進行專用模具壓筋，四條圓弧筋加上八條平面短筋進行卡鎖連接，此結構非常適合小容積鋁合金油箱隔板固定；在大容積油箱進行該工藝應用時，出現卡鎖部位（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象，失效過程不是一次性脫落，而是產生縫隙、振動、摩擦、縫隙增大、突然外力導致脫落，期間多次振動摩擦會產生大量鋁粉，鋁屑，產生新的油路故障模式。

2 隔板固定新工藝技術分析

2.1 大容積油箱隔板固定新技術方法探究

為了迎合大容積油箱體積大、質量重、失效風險大的特點，以往的工藝經驗不能滿足產品設計使用壽命，在積極探索新的工藝方法的同時，結合多方面的優勢進行分析，卡鎖式結構有效率高、零應力、外觀美觀等優點，斷續焊接結構有連接牢靠，不易使隔板產生竄動、節省設備、模具投入等優點，不過在斷續焊工藝應用過程中，需要不斷進行試驗，驗證焊縫長度和焊接位置，保證在焊接后不會發生撕裂風險。

結合以上兩種工藝優點，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。兩種工藝的有機結合有效地避開了單純斷續焊接強度不足，有焊縫撕裂的風險，周圈卡鎖工藝有效地承擔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，具體新結構如圖3所示：

圖3 箱體與隔板連接新固定方式

2.2 實施新技術要求一：細化焊接工藝

2.2.1 焊前清理工藝分析

（1）焊接鋁合金需要最干凈的準備工作，否則其抗腐蝕能力下降，而且容易產生氣孔，焊接過程中杜絕雜質進入待焊區，會導致熱裂紋；

（2）準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；最后將零件風干或用壓縮空氣吹掃表面；

（6）清洗完后的零件當日應當全部使用。

2.2.2 焊接作業環境及焊材選擇

（1）焊接區域應當避免穿堂風，環境風速不大于1.5 m/s，環境溫度保證15 ℃～30 ℃為最佳，濕度不超過50%，現場無明顯震源，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，母材及焊絲化學成分見表1[3]：

表1 母材及焊絲的主要成分（質量分數 %）

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，筒體外觀不得出現焊透現象；

（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 實施新技術要求二：細化卡鎖工藝

卡鎖滿足要求的另一評判標準就是油箱總成內部應用一段時間后是否產生多余鋁屑雜質，必須滿足清潔度要求，燃油箱內部清潔度要求每升容量的雜質按質量計不大于1.3 mg，具體試驗方法按QC/T 572的規定進行[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行樣件生產，樣品需要經過模擬裝車形式的振動耐久性試驗（撞擊次數不少于10萬次），未發現卡鎖區域滲漏的現象，即可認定為模具可投入批量生產。

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直的結構，單個油箱卡鎖點位最大可48處，生產效率會大打折扣，不具備批量生產能力，在配備焊接工藝之后，我們選擇僅采用4條圓弧進行卡鎖，不但減少了卡鎖點位，而且效率會提升50%以上。

卡鎖結構還存在一些弊端，不能過深，不能過淺，對設備壓力有一定要求，且油壓設備務必增加限位功能，保證卡鎖深度滿足工藝公差范圍。

2.4 巧妙結合，優勢互補

經過上述分析，卡鎖加焊接的新的隔板與箱體連接方式應用是現有市場大容積鋁合金燃油箱最適合的工藝方式，探索創新，打破束縛，經過近三個月的售后審單數據來看，目前失效的大容積油箱均為改進前結構，在2020年首批新工藝實施后的10件750 L油箱在山西市場進行韻達托管車的路 試，并經不定期的電話回訪，市場改進效果良好，并未出現內部鋁粉堵塞油路的售后質量問題。如圖5所示，新技術應用在產品效果展示。

圖4 卡鎖加焊接的緊固連接技術應用

2.5 持續改進，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構，需要研究更加先進的生產工藝，點鉚設備已經成熟應用于鋁合金鈑金加工領域，也是將來更加先進的加工工藝，此類工藝的密封性有待進一步考證，該工藝應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，而且可靠性及產品使用壽命也會大幅提升。

3 結論

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，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，在箱體內部來回竄動摩擦產生鋁粉，影響供給系統油路堵塞問題，從而提高燃油箱的使用壽命，減少了售后索賠問題。