汽车铝合金燃油箱焊接技术的要点研究

潘宇飞

[摘 要]如今汽车都采用铝合金燃油箱，因为其具有质量轻、耐腐蚀、产品寿命周期长、经济效益好且材料再生率高等等优势特点，符合我国汽车工业发展的绿色环保与节能降耗基本要求。不过铝合金燃油箱的可焊特性相对偏差，所以它阻碍了产品的产业化推进难度。本文主要研究了汽车铝合金燃油箱的创新焊接工艺要点。

[关键词]汽车铝合金燃油箱；焊接技术；机器人焊接；要点

中图分类号：S795 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0208-01

根据过往实践经验可以了解到，铝合金材料的可焊性是相对较差的，这是因为铝金属本身具有较强的氧化性，它的表面在遇热后容易形成Al2O3，熔点在2050℃左右。在高温焊接过程中，高温所产生的氧化膜会严重阻碍金属之间相互结合，并同时形成大量的夹渣与气孔。正是这一较高的导热系数与比热容导致其在焊接过程中会在金属内部产生大量热量，同时热能消耗也较大，此时铝金属的线膨胀系数会持续增加，最高可达到钢的两倍左右，导致金属表面产生明显热变形与大量裂纹。

一、汽车铝合金燃油箱焊接的难点问题与基本工艺

（一）待解决的难点问题

汽车铝合金燃油箱焊接技术涉及诸多难点技术问题，比如说薄板铝合金本身在封闭结构方面复杂，所以它的焊接应用技术也存在一定困难，总结来讲它需要解决以下5方面问题。

第一，要解决焊接夹具中铝合金燃油箱的定位夹紧问题。

第二，要解决铝合金燃油箱的注油口薄板焊接工艺问题。

第三，要解决铝合金燃油箱薄板的封闭结构焊接工艺问题，例如长焊缝焊接工艺与比较常见的焊接热变形问题。

第四，要解决某些鼓形界面的焊缝自动化焊接问题。

第五，要解决焊接工艺的成本问题。一般情况下铝合金燃油箱焊接工艺中材料成本就占到80%以上，如果不能有效把握焊接质量导致焊接材料作废，就会丧失大量成本，同时提高焊接废品率，使得企业失去竞争力。

（二）基本焊接工艺要点

汽车铝合金燃油箱的基本焊接工艺首先要注重注油口座与燃油箱本体之间的焊缝连接，二者正确的焊缝连接应该为空间曲线形式。一般情况下，注油口处都为壁厚在1.5～2.0mm的铝合金板，非常容易焊穿，而且它的焊接工序需要手工完成，焊接效率低且焊接成本高。目前基本焊接工艺会采用MIG机器人自动焊接工艺，它对焊接空间曲线的复杂姿态变化把握非常精确，且焊接速度快，在高速焊接过程中机器人还能实现对焊枪姿态的有效调整，保证焊缝成型良好。考虑到焊接过程中容易产生气孔，无法满足燃油箱的严格密封要求，所以应该在焊接燃油箱注油口座位置合理配置焊接速度、电流，同时调整好机器人的基本运行姿态。整体来讲其调试过程必须遵循动态调试原则，保证注油口座的焊接高质量，满足汽车铝合金燃油箱产品性能基本要求。

在燃油箱焊接过程中应该注意一点焊接难点问题，即环缝焊接，由于其焊接部位悬空，所以焊缝长度要求较长，但伴随焊接时间的持续增加，焊接区温度也会持续升高，当温度达到一定程度后非常容易出现焊缝塌陷甚至焊穿问题。该难点问题中所涉及的问题与相关技术关键就在于5点。

首先，焊接属于热输入过程，如果热输入过大，焊接电流就会增大，而焊接速度则会变慢。

其次，焊接过程中可能存在燃油箱本体与端盖配合间隙过大问题，其所造成的直接结果就是焊接热量传导的严重不均。由于铝合金本身导热能力强，所以焊接过程中本体热容量是会超过端盖的，如果焊接间隙过大就会导致向燃油箱本体传递的焊接热量减小，此时非常容易在端盖位置形成焊接塌陷与焊穿现象。

第三，端盖在受到收口拉延作用下其棱边部位厚度会被削薄，如果是在正常焊接过程中容易造成焊缝塌陷甚至焊穿现象。

第四，像载重卡车这类大型机动车的铝合金燃油箱尺寸径向都相对偏大，所以其偏差也大，在焊接过程中容易出现弧长变化大的问题。但如果弧长过小则会出现电弧吹力变大问题，此时也容易出现焊穿现象。

第五，技术人员的焊枪焊接姿势不正确。某些技术人员在铝合金燃油箱的4个圆角位置开始焊接，整个焊接操作过程完毕后会发现焊接曲率变化偏大，这是由于他们的焊枪姿势调整不合理所造成的后果，此时的燃油箱就会存在成形不好或焊穿现象。

结合上述5点需要明确一个问题，那就是汽车铝合金燃油箱焊接技术在实施前首先要进行焊缝强度试验，主要对燃油箱的不同部位焊缝展开。具体为静载试验，看焊接接头强度是否在母材之上（国际标准要求焊接接头强度高于母材）。而同时还要进行强振、耐压、道路等试验技术作出相应技术质量检验，巩固焊接成果[1]。

二、汽车铝合金燃油箱的创新焊接工艺要点研究

（一）机器人焊接工艺要点

目前国内外比较常见的汽车铝合金燃油箱焊接工艺就包括了机器人焊接、双脉冲MIG焊接以及激光跟踪，本文以最常见的机器人焊接工艺为例，对其焊接工艺要点进行简要研究分析。

如上文所述，机器人焊接工艺注重焊缝连接，而连接中的焊丝对中工艺细节更不容忽视，如图1。

如图1，在铝合金燃油箱焊接接头工艺应用过程中要注重焊丝对接所涉及到的中空薄板密闭容器焊接过程，其整体焊接难度偏大，特别是焊丝在对中点控制方面一定会影响到焊缝熔池的形成过程，所以技术人员在焊丝对中操作过程中要注意焊枪激光跟踪传感头与焊枪安装后状态并非完全处于同一条直线上，要充分考虑特殊接头焊接问题，包括焊丝中心接头在焊接后的实际效果。以下提出两种正确的焊丝对中工艺方法：首先第一种方法，实际在对中过程中难以用肉眼来确定对中位置，因此要采用激光跟踪扫描方式精准找到焊縫位置，通过人工设置其焊接左右偏移值，满足焊丝对中位置要求。具体操作为将焊丝偏向于端盖一侧，在焊接过程中严格注意塌陷、咬边、焊穿等等问题，避免上述问题过于严重而无法形成有效焊缝。第二种方法，要求焊丝偏向于筒体一侧，如此操作可保证焊接效果良好。不过该方法对于焊接过程中的电压、电流、焊接速度、脉冲频率等重要参数都有高要求，必须通过大量的焊接工艺试验才能明确并精确焊接工艺参数。对左右偏移值的确定还要根据实际的焊接效果而定，尽量控制焊枪的偏移轨迹距离，再根据偏移值来优化焊接效果[2]。

（二）焊接工艺计算试验

汽车铝合金燃油箱在焊接过程中是存在直线段与圆弧段的，结合两段要采用相应不同的激光焊缝跟踪工艺类型，同时时刻调整其跟踪偏移值，上述所提到的不同从参数计算层面来看就是激光跟踪参数seam_offs_y和trackmode的不同。在明确两计算参数并进行焊接工艺试验后，才能获得良好的焊接效果。在实际的铝合金油箱焊接试验过程中，在直线段焊接时将激光跟踪类型设置为y，并依照z方向进行修正，再采用机器人焊接。机器人会在z、y两方向上继续进行轨迹数据修正，直到最终轨迹修正正确无误差位置；另一方面，在圆弧段的焊接焊缝跟踪类型则要将z方向的修正值完全关闭，保证机器人能够以最短时间回到y方向示教轨迹上，同时保持对y方向轨迹数据的实时动态校正。通过上述焊接工艺计算实验与轨迹数据修正后发现采用机器人跟踪焊接汽车铝合金燃油箱能取得较好焊接效果[3]。

三、总结

目前的汽车铝合金燃油箱焊接工艺类型多元，技术内容丰富，而有效提高工艺装备水平，增进焊接质量与效率，确保燃油箱产品质量优质稳定。除机器人焊接工艺外，像双脉冲MIG焊接、激光跟踪焊接也具有一定的高技术内涵价值与技术优势，值得在未来深入研究并广泛应用。

参考文献

[1] 刘国山，许嘉平，张雷等.载重卡车铝合金燃油箱焊接技术研究及产业化开发[J].电焊机，2010，40（5）：135-138.