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铝合金罐体的材料以及焊接工艺

明星机械 2020-11-20 14:27:33

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铝合金罐车是我国罐车市场发展的必然趋势


 

专用车轻量化是我国汽车工业在建设中国特色社会主义新形式下的要求,是建设和谐社会的重要组成部分,也是推动我国商用车快速、持续、健康发展的必由之路。

 

汽车轻量化能大大增强经济效率,提高行车安全性,降低汽油油耗,减少温室气体的排放,因此汽车轻量化是汽车工业在我国发展的趋势。

 

在欧洲和北美,为了实现汽车轻量化,铝合金被广泛应用于汽车工业,特别是载重和专用汽车。美铝公司开发了多种铝合金材料应用于厢式载货车、半挂车、自卸车、罐式车等等车型,铝合金材料在商用车上的大量应用顺应汽车轻量化的时代潮流。也是推动汽车工业向高水平前进。铝合金在商用车上的广泛应用,特别是在罐车上的应用,加速了欧洲和北美商用车的步代。除了极少数运输特殊化学物品之外,欧美几乎所有罐体都是铝合金制造的,市场占有率高达90%以上,因此本文将着重介绍铝合金材料在罐车上的应用。



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为什么选择铝合金作为罐车材料?


在传统观念中,铝合金比较轻,但比较软,强度不高,其实这是一种误解,铝合金在交通工具上的应用开始于100多年前,早在1903年,怀特兄弟发明第一架飞机上的发动机上就采用了铝合金材料,应用于航天飞机、轮船、汽车、火车等等交通工具。相比钢和其他合金而言,铝合金具有如下优点:



1

质量轻


铝的密度低,只有2.7g/cm3,同样体积的铝合金几乎只有钢的1/3重量。铝合金在罐车上的应用,极大的减轻了其自重。例如,一个45m3的罐车,如果用铝合金制造,相比钢材制造来说可以减轻5T的自重。



2

耐腐蚀性强


铝合金有比钢无法比拟的耐腐蚀性,用铝合金制造的罐体,内部不需要涂任何防护层就可以运输各种液体或液化气。这也是为什么像BP、SHELL这些国际石油巨头强制使用铝合金罐体运输石油的原因,因为铝合金罐体有很好的抗腐蚀性,从而保证油品更清洁。



3

可加工性好


铝作为地壳中含量第三丰富的无素,储量非常丰富(8.23%)。铝合金也是除钢铁之外第二大广泛应用的金属,加工艺已经非常成熟。MIG、TIG、电阻焊、FSW等焊接方法都可以用来焊接铝合金。同时,铝合金也可以进行弯曲、冲压和深拉加工。



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铝合金罐车的焊接工艺比较


FSW发展很快,已有10年。自从1995年以来,欧洲、美国和日本等一些国家对FSW开展了应用性研究,特别是美国航空航天工业部门高度重视该技术,并用它 成功地焊接了以往难以焊接的7075铝合金低温燃料贮箱,其力学性能很好。5454铝合金焊接后有很好的抗腐蚀性。 


波音公司自1960年以来共生产了265枚德尔它系列运载火箭。德尔它Ⅱ运载火箭贮箱与德尔它Ⅲ的相同,LO2箱长12 m,燃料箱长8.4 m,级间段长4.8 m,直径2.4 m,由 3块22.22 mm厚的2014-T6铝合金焊接成圆筒壳段。先机械加工网格结构面板,然后弯曲成形,焊前48 h酸洗,去掉氧化物,再放入GMAW自动焊机,从里面平焊3条纵向焊缝,构成圆筒,焊接后从内、外两面机加工去掉焊缝余高,并100% X光和着色检验。面临商业卫星发射任务的不断增加,公司要求一年生产95台的德尔Ⅳ运载火箭贮箱。针对日益繁重的生产任务和世界发射市场的竞争,为了降低成本,节省经费,公司将长期使用的成熟的 GM AW焊接改为FSW焊接。1999年初,公司在加州的Huntington Beach工厂用FSW焊接生产了德 尔它Ⅱ 和Ⅲ运载火箭的贮箱,2001年用FSW焊接生产了德尔它Ⅳ运载火箭的贮箱。将应用FSW技术与 GMAW技术的情况列于下表。 


 FSW与GMAW焊接贮箱比较


GMAW

FSW

838.2 cm长的焊缝有1处缺陷

7620 cm长的焊缝有1处缺陷

每年节省经费几十万美元

焊接前放入酸洗槽酸洗

焊接前只用溶剂擦洗

焊接前根部装配间隙要求高

焊接前根部装配间隙要求低,节省了装配时间

焊接后要机械加工去掉焊缝余高

因为无焊缝余高,省去机械加工

焊接接头抗拉强度、断裂韧性和屈服强度在室温和低温下均提高30%50%

质量可靠性提高

成本降低

焊接后需要100%X光和荧光着色检验

缺陷显著下降,所以采取周期性抽样检验

焊接时需要保护气体和填充焊丝

不需要

生产时间明显减少

焊接时释放有害烟雾气体

焊接时不释放有害烟雾气体



第1台SuperStir FSW焊机带有计算机控制,是由瑞典ESAB公司制造的,安置在波音公司加州Huntington Beach工厂。工厂用此焊机焊接了大量的航空航天工业用的铝合金并进行试验 。1998年,工厂又装备了比SuperStir更大的FSW焊机,焊机长19.5 m,焊接长度为15.3 m,采取闭环反馈控制和电视摄像实时监控或录像带监控,观察焊接情况,可焊接的贮箱圆 筒直径为2~6m,单层焊接材料最大厚度为25.4mm。




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