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1、摩托车油箱焊接工艺设计论文摘要本文简单论述了国内外目前摩托车油箱焊接技术的发展现状及研究本课题的意义。以大运摩托车公司生产的DY-150型的骑式油箱为例，围绕着油箱生产过程，作者通过分析油箱生产中常用的焊接方法和这些焊接方法可能产生的缺陷，提出了避免焊接缺陷方法或措施；通过分析油箱的焊接结构特点及焊接性，提出了合理的油箱设计结构及最新的油箱生产结构；根据所设计的摩托车油箱结构，作者对比选择了生产过程中所需要的焊机和弧焊机器人，成功的改进了大部分生产工艺并达到降低生产成本的目的；最后，作者选择了油箱焊接中典型的焊缝，对典型的焊接选择合理的焊接工艺参数，编制出焊接工艺卡，还简单介绍了油箱焊后的检验

2、方法。关键词：摩托车油箱 焊接性分析 焊接工艺设计 油箱焊后检验 AbstractThis paper mainly discusses the present situation of motorcycle tank welding technology both home and abroad, and the significance of making a research in this subject. Taking DY-150 tank-riding of DaYun Motorcycle Company as an example, from the tank product

3、ion process, the author analyzes the production methods which are commonly used in welding and the defects of using these methods, and proposes a way or measure to avoid welding defects. Further more, the author suggests a reasonable design structure and the newest production structure of tank. Acco

4、rding to the design in motorcycle tank structure, the author has chosen a welding machine and welding robot, which successfully improve production process and achieve the goal of lower production costs. Finally, the author chooses a typical tank welding seam and reasonable welding process parameters

5、, and then establishes a welding process card and gives testing methods of tank welding.Key words: the tank of motorcycle; analysis of welding; design about welding technique; testing methods of the fuel tank welding1 绪论1.1 问题的提出摩托车按照人的乘骑姿式分为骑式车，如图1-1所示，坐式如图1-2所示。坐式车油箱通常被覆盖件遮住，称作内藏式油箱；而骑式车油箱刚因处于明显位置

6、，称作外露式油箱。油箱用于盛装汽油，要求焊缝具有密封性。如果汽油渗漏将会引起燃烧事故，直接威胁人身安全。图1-1 骑式摩托车 图1-2 坐式摩托车另外，外露式油箱的外观对整车起着重要的装饰造型的作用，它的外观质量直接影响着摩托车的商品性。因此，保证油箱的焊缝质量和外观质量是非常重要的。随着我国加入了世贸组织，国内的摩托车生产厂商，面临着前所未有的竞争压力，而且还有国际知名大公司的长驱直入，像日本HONDA、YAMAHA以及欧洲的比来桥等大的摩托车生产厂家，在国内，有像重庆宗申、隆鑫、嘉陵、轰达，南京的金城，济南的轻骑，海南的新大洲，浙江的钱江集团和一些不太有名的摩托生产厂家。中国目前的摩托车生

7、产工艺还相对比较落后，过去十多年的竞争中，国内的生产厂家都处于竞争劣势，在最近十多年的发展中，中国的摩托车生产制造得到了很大的提高，逐渐的赶上国际先进水平。在未来新的一轮的竞争中，如何在众多的公司的竞争中脱颖而出，改进焊接工艺流程，降低生产成本，成为关键。本文从实际出发，对进行摩托车油箱的结构进行改进，减少焊缝条数，优化焊接工艺参数，引进先进的焊接生产设备，加大油箱生产的简单化、自动化、智能化，从而从根本上降低生产成本，提高公司的竞争力，达到并超过国际先进水平。1.2 国内外油箱焊接技术应用现状1.2.1 国外油箱焊接技术应用现状在工业发达国家，油箱焊接质量处于受控状态，质量很稳定。这主要是因

8、为这些国家普遍采用先进的油箱冲压技术来保证零件的质量，焊缝的再现性很好；焊接生产线上大量采用弧焊机器人，尽量减少人为因素的影响；生产线布置紧凑，责任制落实，零部件的在库量为零。在国外，外露式油箱的生产存在二种工艺路线：一种是油箱体整体成形技术，整体成形时，没有中缝焊接工序，减少了打磨量，提高了外观质量。但是，这种生产工艺方式，为了能够脱模，将上模做成两瓣，能够分升，因而模具制作难度较大，对冲压设备要求较高，需要大型冲压设备。目前，这种方式生产的油箱只占油箱生产量的一半。另一种是油箱左右半体成形技术，油箱体由左右半体组成，如图1-3所示，这种方式生产的油箱与前一种相比较，冲压成本较低，冲压工艺简

9、单，材料拉延深度相对较浅，材料不易破裂，模具寿命较长，零件表面不易被拉毛，材料利用率较高，废品损失较少，缺点是需要中缝焊接。左右箱体冲压后，送到焊接区，通过中缝弧焊机器人自动焊接后，将左右箱体连接成一个整体。机器人焊接生产的焊缝，质量好，无气孔、夹渣、未焊透、烧穿等缺陷出现，焊缝稍加打磨，则如同一个整体。a) 油箱体焊接组合 b)左右箱体中缝对接接头形式图 1-3 左右油箱体焊接组合在工业发达的国家，其油箱的生产自动化程度很高，中缝焊接和箱口圈焊接均是自动化，尽量减少人为的因素对产品质量的影响。在国外，冲压件的精度高，一致性好，焊接间隙较小，焊缝的再现性好，油箱焊接生产线布置比较合理，工序间的

10、衔接很紧凑，采用“一个流”的生产方式，产品不落地，每个工序间的节拍比较接近，油箱焊接完成后就挂到空中运输线上运到涂装线涂装，避免了油箱之间的划伤和相互碰撞变形。这里要特别指出，弧焊机器人在提高油箱焊接质量上起了非常重要的作用，使得油箱柔性生产成为可能。它是焊接自动化的跨越性进步，它突破了焊接刚性自动化生产的传统方式，开拓了一种柔性自动化生产的新方式。刚性的焊接自动化设备，通常是通过靠模或是小范围的平面座标来实现自动化，因此，它一般都是专用的，只能适用于大批量生产。由于弧焊机器人的示教再现功能，当要机器人完成一项焊接任务时，只需要人给它做次示教，它即可精确地再现示教的每一步操作。如果要机器人去做

11、另一项工作，无须改变任何硬件，只要对它再做一次示教即可。这样，当生产中要改变车型的生产时，只须将产品和焊接夹具切换到位，从机器人电脑中调出事先编好的程序，即可正常生产。因此，弧焊机器人不仅适用于大批量生产，更为重要的是它使多品种、小批量自动化焊接生产成为可能。这对于市场要求不断改型更新的摩托车零部件的自动焊接是再适合不过的了。在美国、日本、德国、瑞典等西方技术发达的国家，弧焊机器人己经成批生产，并作为商品化的产品在市场上销售，大量地运用于各种金属材料的焊接上。特别是在汽车、摩托车工业上得到了广泛的应用。点焊机器人早在90年代中期就已在汽车制造业中用于轿车壳体生产线。至今在先进的西方国家里，汽车

12、制造商们几乎毫无例外地都采用了焊接机器人。如本田公司的轿车车壳生产线的点焊机器人，自动完成5000多个点的点焊任务，从车壳的装夹、焊接、取出产品整个过程无人化。目前，日本是全世界拥有焊接机器人最多的国家，同时也是机器人生产量最大的国家。国外正大力研究第三代焊接机器人，即智能机器人，它能理解人的命令，感知周围的环境，识别操作的对象，并自行规划操作顺序以完成赋予的任务。1.2.2 国内油箱焊接技术应用现状在国内，外露式油箱也有整体成形的。一种成形方式是采用聚胺脂胀形，油箱体一次成形，不过从油箱体的成形质量来看，不是很理想，表面有许多凹凸不平的地方；另一种成形方式是油箱体通过三次成形而得到，第一次预

13、成形，第二次和第三次为左右两边收口，这种冲压方式的缺点是由于深拉伸会产生线痕和收口时发生皱褶。目前，外露式油箱的油箱体大部分是由左右两半焊接而成。左右油箱体分别冲压成形再冲出搭边，通过滚焊将左右两瓣连接起来，中缝打磨后形成一个整体。在国内，有一些板材对接专机在生产线上工作，如重庆洗衣机总厂的洗衣机壳的对接，采用的是TIG焊专机，生产线的布置由重大焊接教研室负责设计，板材对接效果比较好。在机器人的应用方面，我国70年代初开始研究工业机器人，据1996年底的不完全统计，国内已有500台左右焊接机器人分布在大陆各大中城市的汽车、摩托车、工程机械等制造业。以这些机器人为主构成的柔性焊接生产线，在提高焊

14、接质量、减轻工人劳动强度、改善焊接劳动条件等方面日益显示出优越性来。最近，首都钢铁公司和日本安川公司共同建立首钢一摩托曼机器人公司，主要生产焊接机器人。这就为生产线上大量使用机器人创造了有利条件。目前，国内大部分摩托车生产厂家将机器人主要用于车架焊接。国内的油箱焊接还停留在较低水平。存在的主要问题是：冲压件表面拉伤严重，成形时的皱褶，搭接焊后焊缝的焊接质量较差，常有未熔合、飞溅、焊接变形等缺陷出现；火焰铜钎焊效率低，成本高；打磨工作量大，环境恶劣；试漏时用人工试漏，可靠性较差，效率低，劳动强度大；喷漆后的油箱外观质量不理想。油箱的焊接方法常见的有点焊、凸焊、缝焊、气焊、火焰钎焊、锡铅钎焊、TI

15、G焊、MIG焊、MAG焊、二氧化碳气体保护焊等。1.3 本课题研究的主要内容及应用意义本课题以DY-150骑式油箱为例，寻求一种高效、低耗、高质量的油箱焊接生产方式。研究内容主要包括：具体地分析油箱焊接的结构特点、油箱材质及焊接质量要求；对比选择摩托车油箱焊接所需的焊接方法、焊接设备、焊接工艺；分析焊接工艺参数，编制焊接工艺卡；油箱的焊接接头检验方法及检验过程。本课题寻找到的高效、低耗、高质量的油箱焊接生产方式，己经用于焊接生产，并生产出高质量的油箱，获得了较高的经济效益，在建立多品种、小批量、快节奏的柔性生产线方面走出了一条具有实际意义的新路，在我国民族工业的发展道路上迈出了坚实的步伐。2

16、油箱焊接结构特点及焊接性2.1 DY-150骑式油箱三视图骑式摩托车油箱三视图的基本定位尺寸如图2-1。图2-1 DY-150骑式油箱三视图2.2 油箱焊接质量要求2.2.1 外观要求（1）白坯外表面无明显的划痕、凹痕、碰伤等缺陷；（2）边子整齐、无错边、缺边等现象，不划手；（3）焊缝无飞溅、毛刺，焊缝平整、均匀、光滑，无咬边、未焊透、气孔、夹渣、未熔合、焊瘤、裂纹等缺陷；（4）点焊、缝焊无飞溅、毛刺，焊点核心直径大于或等于3mm。检验方法是做试片，试片撕裂后测量焊点核心的直径。2.2.2 密封性要求焊点、焊缝不能有击穿、烧穿等现象，焊缝要求具有密封性。密封性检验方法是：向油箱充入压力为0.0

17、250.030MPa表压范围的压缩空气后，沉入水中，并在水中停置30秒，观察有无气泡产生，如果无气泡产生，则为合格，否则，需要补焊。充气压力一定要控制在上述数值范围，如果压力过小，检测结果可能出现偏差。如果压力过大，会将油箱胀变形，使装配尺寸发生变化，甚至造成油箱报废。对刚性大一点的油箱则可适当增大充气压力。如CJ50油箱，充气压力可以达到0.0450.050MPa表压。因为这种油箱中间有一个连接管，刚性比较好，不易变形。2.3 油箱的结构设计图2-2 内藏式油箱根据摩托车的造型，油箱也相应地有不同的造型和结构特点。图2-1为外露式（骑式）油箱，图2-2为内藏式（坐式）油箱。内藏式油箱的外形一

18、般由设计容积和所在的空间位置而定，上下半体的成形深度应该合理设计，尽量减小成形深度，通过一次或几次成形；外露式油箱的外形则不仅依据整车所需汽油容量和所在的空间位置而定，更主要的是依据外观造型的需要而定。这里一定要注意燃油传感器孔周围的形状设计，燃油传感器孔周围的金属极易破裂，产生漏气，并且安装形状不易保证。另外，设计时尽量考虑为对称形状。2.3.1 油箱边子外形设计油箱边子外形设计上，如图2-3所示，应尽量避免在滚轮方向的小半径圆弧。一般的情况下，取R124mm因为R1过小，势必下滚轮要做得更小，这样下滚轮与上滚轮的直径差异过大，使焊点核心偏移过多，造成漏气。与滚轮盘相垂直且圆弧向焊机方向内凹

19、的部分，如图2-3中的R2，也应尽量避免过小，且圆弧段不应过长，一般的情况下，取R270mm。因为R2过小，上滚轮转不过弯，不是伤到油箱体，就是滚出边子。如果确实为了造型的需要，R不可能取大，那么最好把边子加宽，利用边子来保证滚焊的顺利进行。图2-3 油箱体外形R示意图2.3.2 油箱后部联接方式油箱后部连接方式有两种：一种是支承板为单独一个冲压件，通过焊接与油箱联接起来；另一种是直接在油箱体和内侧板后部多出一截，上面冲上孔，相当于支承板，起支承油箱的作用，再点焊一件加强板，从而增加强度，图2-3即为支承板与油箱为一整体的结构。这两种结构各有所长，前者尺寸稳定，但缝焊机下滚轮的外伸长度增加，板

20、材消耗量大；后者装配尺寸较难保证，需要焊接夹具，增加了支承板这个零件，加大了焊接工作量。2.3.3 油箱盖与油箱连接形式油箱盖与油箱联接的形式有铰链式和非铰链式。对于非铰链式油箱盖，如图2-4b所示，其油箱结构简单，安装油箱盖处的外形更加圆滑，成形阻力小，不易破裂。对于铰链式油箱盖，如图2-4a所示，其相应的油箱结构复杂一些，需要在油箱体上焊一件油箱盖铰链支承，因而用户加油时，只需将油箱盖打开后翻到一边，方便加油。但冲压时，要为油箱盖铰链支承冲出一个窝子，这个窝子就是裂纹产生的根源。另外在焊接这个支承时，容易产生裂纹、击穿等现象，此处如果漏气，补焊比较困难，有时甚至造成油箱报废。a)铰链式 b

21、)非铰链式图2-4 油箱盖与油箱连接的两种形式2.3.4 油箱进油口结构形式常见的油箱进油口的结构形式有两种：一种是直接在油箱体上冲出与油箱盖相装配的形状和尺寸，如图2-5a所示；另一种是仅在油箱体上冲一个孔，另外设计一个零件(称作箱口圈)，将箱口圈焊在油箱体上，如图2-5b所示，这种结构，箱口圈既起到与油箱盖装配的作用，同时在油箱体内起到挡油的作用，汽油在油箱中不会溢出。前一种结构为了克服这一问题，增加了一个挡油圈和隔板，这两个件与油箱体点焊在一起，不过点焊后有焊点痕迹，因此，这种结构一般用在内藏式油箱上。a)无箱口圈的油箱体b)有箱口圈的油箱体图2-5 油箱进油口结构形式2.3.5 燃油传

22、感器与油箱连接形式为了方便摩托车驾驶员了解油箱内燃油使用情况，一般在组合仪表上都有油位指针，相应地在油箱上要安装一个燃油传感器，这就多了一个焊接件，多了一个装燃油传感器的孔，也就多了一个漏气的位置。图2-6、图2-7和图2-8为燃油传感器与油箱连接的三种形式，图2-6为焊接螺栓连接形式，燃油传感器穿入焊接螺栓中，用螺母固定。图2-7为凸焊螺母连接形式，油箱上焊接螺母，燃油传感器用螺栓压紧在油箱上。图2-8为压板连接形式，用压板将传感器固定在油箱上。相比之下，图2-7所示的在油箱上焊接螺母的结构较简单，有利于焊接，不易产生漏气。图2-6 焊接螺栓连接形式图2-7凸焊螺母连接形式图2-8 压板连接

23、形式2.4 油箱焊接结构特点油箱焊缝中以滚焊焊缝最长，DY-150油箱周边滚焊焊缝长约为1.52米，焊缝为空间位置，这就要求操作者要有熟练的操作技艺，否则，就会伤及油箱体表面或滚到外面去，产生废品。滚焊后油箱体变形严重，必须通过油压机整形，使油箱体形状平整、光滑，同时，也使滚焊缝稍微凸出于油箱体表面。2.5 油箱材质的焊接性通常摩托车油箱是采用拉延性比较好的材料制成的，本文中我们选用的材料牌号为08Al，板材厚度为0.80.07毫米，其化学成分和机械性能如表2-1所示：表 2-1 08A1化学成份和机械性能牌号化学成分机械性能CSiMn酸溶AlPS抗拉强度b(MPa)伸长率10%屈服强度s(M

24、Pa) 08Al0.08痕迹0.400.020.070.0200.0302553344220608Al是优质碳素结构钢的一种，薄板钢中的Al脱氧镇静钢冷轧板,其命名规则类同碳素结构钢，其两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍，即“08”表示钢中平均碳质量分数为0.08%。锰和硅对焊接性能有影响，08A1的碳当量值为：08Al碳当量值小于0.4%，因此，这种钢的焊接性能优良，通常情况下不会因焊接而引起严重的硬化组织，塑性和冲击韧性也比较好，焊接时不必预热。但是，钢中的杂质，例如，硫、磷、氧、氮对焊接接头的裂纹敏感性以及力学性能都有重大影响。如果钢中的硫、磷过多，则可能在晶界上形成低熔点的硫、磷化合

25、物，引起焊缝熔合线附近的液化裂纹，甚至焊缝裂纹。此外，含硫量过多还可能引起气少孔。氧在钢中危害很大，会降低力学性能各项指标(强度、塑性和韧性)，这种母材，氧的含量过多，往往与冶炼方法有关。在进厂验收时必须严格控制，杜绝不合格板材进入工厂。另外，焊接材料的成份不合格时，例如，含碳量过高，含硫量过高，都能导致焊缝裂纹倾向增加。某些焊接方法可能给这种钢的焊接质量带来麻烦。例如，常用的火焰钎焊，会使焊接热影响区晶粒过于粗大，从而使这一区域金属的冲击韧性降低。另外，在电阻焊硬规范(即大电流，快冷速)的情况下，焊接处也可能出现淬硬组织。刚性大的接头部位在温度较低时可能出现裂纹。特别是在头部、后部及半径比较

26、小的地方，配合间隙往往比较大，成形时己被深拉伸，形成了加工硬化，通过缝焊后，产生残余应力，有可能在摩托车的使用过程中，残余应力得到释放，从而发生漏油现象。2.6 油箱焊接方法随着现代工业生产的需要和科学技术的迅猛发展，焊接技术不断进步,仅以新型焊接方法而言，到目前为止，已达数十种之多。选择焊接方法时必须符合以下要求：(1) 能保证焊接的质量优良可靠，生产率高，生产费用低；(2) 能获得较好的经济效益；(3) 比较容易实现焊接过程的半自动或自动化。适用于碳钢焊接的方法很多，根据油箱的不同结构特点及工厂的实际情况，油箱焊接方法常见的有点焊、凸焊、缝焊、气焊、火焰钎焊、锡铅钎焊、TIG焊、MIG焊、

27、MAG焊、二氧化碳气体保护焊等。锡铅钎焊主要用于油箱的外观补焊。在工序中或运输中油箱有时被碰凹，可以用锡铅钎焊补平。对其它焊接方法的具体应用作如下分析。2.6.1 点焊、凸焊、缝焊点焊主要用于左右连接座、加强板、支承板、垫圈、标志支承、燃油传感器支承、油箱盖支承等的焊接以及油箱体与内侧板的点固焊。凸焊主要用于螺栓和螺母的焊接。这两种方法生产效率都比较高，操作简单。还有一种单面双点焊方法，这种焊接方法一般都设计成专用点焊焊机，适合于大批量生产。缝焊是将油箱体和内侧板(对内藏式油箱分别称作上体和下体)联接起来的主要方法，因为缝焊能形成致密的焊缝，保证油箱的密封性。在实际生产中，横焊机用于周边焊，这

28、种方法目前被广泛地应用在汽车和摩托车油箱的焊接中。这种方法焊接效率高，质量比较稳定。但是这种焊机成本较高，对动力电源要求较高，能源消耗大，比较笨重，要求加压系统刚性好，导电系统电阻小，有较少发热，导电润滑油要有较好的导电性和润滑特性，滚轮寿命要长。点缝焊时，因规范选择不当，冷却不良，电极尺寸和形状不合规定，焊件表面清理不净，焊件装配不良，机臂刚度差等，就会出现焊点表面压坑过深，局部烧伤或裂纹、未焊透、核心偏移、板件间起皱、错位或变形等缺陷。其产生原因及改进措施见表2-2。2.6.2 气焊和火焰钎焊气焊主要用于熔边焊、中缝焊及没有点焊、滚焊设备的地方和个别地方的补焊。目前这种方法己经较少在油箱焊

29、接中使用，主要原因是焊接热量较分散、热影响区宽、应力应变大，焊接质量不易保证，生产效率低，难以实现自动化。火焰钎焊常用的是氧乙炔焰，这与气焊相同，但加热温度比气焊低500多度。由于铜与铁有很好的亲和力，因此用铜作钎料，用硼砂一硼酸混合物以及CJ301(即“粉301”)作钎剂。这种焊接方法加热温度在900多度，板材不易过热，但由于火焰加热热量不集中，因而焊接变形较大，多用于箱口圈和出油管的焊接，钎料向母材和焊缝浸润，保证接头的密封性，但由于要加入铜合金，因此，成本较高，而且因要用氧乙炔气体，给安全管理带来难度。这种方法中，常见的缺陷是气孔、夹渣、裂纹等，这些缺陷的产生会导致油箱漏气，其影响因素见

30、表2-3。表2-2 油箱点缝焊常见缺陷及其产生原因缺陷产生缺陷的原因改进措施缝焊焊缝表面压痕形状及波纹不均匀滚轮磨损不均匀或粘铁修整滚轮焊速过快调整焊速焊点压坑过深及表面过热通电时间过长调整规范电极压力不足调整电极压力电流过大改善冷却条件严重飞溅焊件或电极表面不净、污物多清理焊件与电极表面电极压力不足或焊件与电极间未真正接触提高电极压力，更换磨损过度的电极缝焊速度过快采用软规范滚盘过热加大冷却水流量裂纹焊前零件存在较大的内应力减小配合间隙，减轻加工硬化现象通电时间过长，焊缝过热，晶粒边界熔化调整规范电极压力不足或锻压力加得不及时检查气路系统，消除锻压压力滞后原因核心偏移端面尺寸或冷却条件不当控

31、制电极尺寸和冷却条件未焊透，核心小电流密度小调整规范，修整电极表面清理不良清理表面2.6.3 混合气体保护焊现在己逐渐出现由MIG焊、MAG焊代替火焰钎焊焊接油箱的趋势。这主要是MIG, MAG焊可实现自动焊，使得焊接板材厚度为0.8mm的材料己变得比较容易。在惰性气体中加入一定量的氧化性气体，可获得某些优良的焊接性能，其具体作用表现在：提高熔滴过渡的稳定性；稳定阴极斑点，提高电弧燃烧的稳定性；改善焊缝熔深形状及外观成形；增大电弧的热功率；控制焊缝的冶金质量，减少焊接缺陷。降低焊接成本。表 2-3 油箱火焰钎焊缺陷产生的原因缺陷产生缺陷的原因气孔焊前零件表面不佳钎焊温度太高或保温时间太长钎料或钎剂成份不合格夹渣钎剂使用量过多或过少间隙选择不当加热不均匀部分间隙未填满接头间隙过大或过小，装配时零件歪斜钎焊前零件表面准备不佳钎料用量不足或浸润性差钎剂不合格裂纹加热不均匀或钎焊后冷却太快钎焊前零件存在较大的应力，冷作硬化严重下面主要分析氩气中加入二氧化碳气体后，电弧能量密度、熔滴过渡及焊缝成形的影响。(1)对电弧能量密度的影响混合气体对电弧能量密度的影响，主要表现在对电弧电场强度、电弧温度及电弧形态的影响。a)气体介质对弧柱电场强度的影响弧柱电