儲(chǔ)氣筒端蓋與螺母焊接工藝研究

滿瑞平，孫 響，李 桐，姜 威，蓋九洲

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

儲(chǔ)氣筒是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中的氣體儲(chǔ)存裝置，用來儲(chǔ)存空氣壓縮機(jī)(氣泵)壓縮出來的氣體。儲(chǔ)氣筒一般分為鋼制儲(chǔ)氣筒和鋁制儲(chǔ)氣筒，不同材質(zhì)儲(chǔ)氣筒使用效果大相徑庭，鋼制儲(chǔ)氣筒自重大，腐蝕性能差，而鋁制儲(chǔ)氣筒自重輕，耐腐蝕性能好，承壓能力高。我集團(tuán)生產(chǎn)的鋁合金儲(chǔ)氣筒耐壓能力高，筒身采用6XXX系鋁合金材質(zhì)[1]，端蓋部分采用5XXX系鋁合金板材沖裁制成[2]，近期對(duì)鋁合金儲(chǔ)氣筒進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分儲(chǔ)氣筒未達(dá)到指定壓力便已失效，失效發(fā)生在端蓋與螺母焊接處。本文現(xiàn)針對(duì)這一問題，分析其失效原因，并提出解決方法。

1 設(shè)備的選擇

利用筒體螺母數(shù)控仿型焊接專機(jī)(配備：OTC焊機(jī)、Panasonic YC-300BP)、端蓋雙環(huán)縫焊接專機(jī)和端蓋螺母焊接專機(jī)進(jìn)行鋁合金儲(chǔ)氣罐焊接。采用手動(dòng)試壓泵對(duì)儲(chǔ)氣筒進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

2 儲(chǔ)氣筒產(chǎn)品的耐壓性

2.1 耐壓試驗(yàn)

試驗(yàn)選擇的焊接工藝參數(shù)，見表1。儲(chǔ)氣筒耐壓性是衡量?jī)?chǔ)氣筒質(zhì)量合格的一項(xiàng)重要指標(biāo)之一[3]，參照QCT-200—2015標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打壓試驗(yàn)檢測(cè)，表2為產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果。

表1 焊接參數(shù)

表2 試驗(yàn)結(jié)果

選擇1#、2#、3#產(chǎn)品試樣進(jìn)行單層焊縫儲(chǔ)氣筒壓力試驗(yàn)，失效壓力分別為4.9、5.0、5.0 MPa，均在端蓋連接件焊縫處失效，不符合設(shè)計(jì)要求。將失效儲(chǔ)氣筒端蓋連接件焊縫進(jìn)行橫向切開，如圖1所示，可以看出焊縫焊合不良、熔深較淺。

圖1 端蓋與連接件角焊縫

2.2 初步改進(jìn)焊接工藝

將儲(chǔ)氣筒進(jìn)行初步優(yōu)化，見表3。具體工藝優(yōu)化方案為：4#儲(chǔ)氣筒外側(cè)進(jìn)行雙層焊，5#儲(chǔ)氣筒外側(cè)進(jìn)行單道大電流焊接[4]，6#儲(chǔ)氣筒內(nèi)外進(jìn)行雙側(cè)雙道焊。然后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4，4#、5#、6#儲(chǔ)氣筒失效壓力分別為5.8、5.7、5.8 MPa，耐壓性能明顯提高。

表3 焊接參數(shù)(初選)

表4 試驗(yàn)結(jié)果(初選)

2.3 結(jié)果分析

由上述壓力測(cè)試結(jié)果可知，儲(chǔ)氣筒要達(dá)到工作壓力設(shè)計(jì)要求，需對(duì)端蓋連接件焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高焊縫處的焊接強(qiáng)度，保證儲(chǔ)氣筒至少在5.5 MPa的耐壓能力，具體方法如下：

1)端蓋與連接件外側(cè)焊縫處執(zhí)行一道焊縫。調(diào)整焊接工藝參數(shù)，加大電流電壓。

2)端蓋與連接件外側(cè)焊縫處在現(xiàn)有焊接基礎(chǔ)上再焊接一周，并試制樣件以驗(yàn)證雙層焊縫對(duì)于強(qiáng)度增加的有效性。

3)端蓋與連接件在現(xiàn)有焊接基礎(chǔ)上，在其內(nèi)側(cè)增加一條焊縫，并試制樣件以驗(yàn)證兩道焊縫對(duì)于強(qiáng)度增加的有效性。

對(duì)于端蓋與連接件接頭處焊縫，采用雙層焊和內(nèi)外焊接頭強(qiáng)度均可達(dá)設(shè)計(jì)要求，但內(nèi)外焊的生產(chǎn)效率要低于雙層焊。另外，采用大電流焊接部分可以滿足設(shè)計(jì)要求，但存在焊縫接頭質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，端蓋與連接件接頭處的焊接工藝，選擇雙層焊是比較合理的方案。

3 儲(chǔ)氣筒焊接工藝優(yōu)化

3.1 焊接參數(shù)

針對(duì)過早失效的儲(chǔ)氣筒產(chǎn)品，進(jìn)行焊接工藝優(yōu)化，目標(biāo)是提高儲(chǔ)氣筒的耐壓性能[5]，通過數(shù)據(jù)分析和焊接裝備水平考量，選擇外側(cè)焊縫雙層焊接工藝方案對(duì)端蓋與連接件接頭處進(jìn)行焊接，焊接工藝優(yōu)化參數(shù)，見表5。選擇5個(gè)儲(chǔ)氣筒進(jìn)行焊接并對(duì)儲(chǔ)氣筒進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

表5 外側(cè)焊縫雙層焊接工藝參數(shù)(優(yōu)化)

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

將上述5個(gè)焊接優(yōu)化后的儲(chǔ)氣筒樣件，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果如表6所示。

表6 外側(cè)焊縫雙層焊接試驗(yàn)結(jié)果(優(yōu)化)

由表6試驗(yàn)結(jié)果可知，焊接工藝優(yōu)化后，儲(chǔ)氣筒的耐壓性能得到明顯提高，這說明端蓋與連接件接頭處焊縫質(zhì)量是影響儲(chǔ)氣筒耐壓性能的關(guān)鍵因素[6]，將端蓋與連接件接頭處焊縫橫向切開，接頭宏觀形貌如圖2所示。從圖中可以看出，焊接工藝參數(shù)優(yōu)化后進(jìn)行雙道焊接，焊縫熔深較深，融合度良好，質(zhì)量較高，且無明顯缺陷，能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)使用要求。

圖2 端蓋與連接件角焊縫橫截面宏觀形貌

4 結(jié)論

1)端蓋與連接件焊后強(qiáng)度是影響鋁合金儲(chǔ)氣筒耐壓性能的關(guān)鍵因素，焊縫質(zhì)量好，焊接強(qiáng)度高，儲(chǔ)氣筒的耐壓性能也好。

2)角焊縫的焊接質(zhì)量是影響端蓋與連接件角焊縫強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，雙層焊可有效提高焊后強(qiáng)度，受焊接設(shè)備和生產(chǎn)效率影響，采用外層雙層焊接方式是提高儲(chǔ)氣筒耐壓性能最合理的方案。