镀锌钢板燃油箱制造过程中的电阻焊——科技论文
现在我国汽车的燃油箱一般都是采用镀铅板进行制造,不仅成本过高,还及其容易导致环境污染。在将镀锌钢板用来制造燃油箱后,不仅可以大大降低成本,还可以保证减少对环境的污染以及员工的身体危害,但是必须保证其使用寿命大于原燃油箱。但是,在制造过程中我们遇到一个非常大的挑战,那就是电阻焊难焊的问题,尤其是有气密性要求的缝焊问题。在制造过程中,国外多是采用锌附着量较小的电镀锌钢板来代替缝焊,但是这样将使得燃油箱寿命大大降低。为了找到镀锌钢板电阻焊困难的原因,我们在经过反复研究后,提出了一套确定工艺参数相关的理论,经过跟踪调查发现,效果良好。现将实验情况进行如下分析:
一、实验材料与设备
(1)材料情况
燃油箱一般是使用镀铅钢板进行制造,镀层元素的物理性能决定了镀铅板和镀锌板电阻焊之间的差异。实验选用的材料是镀铅钢板,这两种材料镀层元素铅以及锌的物理性能如见表1所示。
表1 镀层元素铅物理性能
元素名称 |
熔点(℃) |
沸点(℃) |
硬度 金刚石=10 |
品格 |
比重 |
铅(pb) |
327.502 |
1740 |
1.5 |
面心立方 |
11.3 |
锌(Zn) |
419.58 |
907 |
2.5 |
密集六方 |
7.13 |
(2)设备情况
在本次试验中选用了点焊、凸焊以及缝焊设备,他们的详细情况下表2。
设备名称 |
型号 |
固定容量(KVA) |
所用电极材料 |
电极宽度及直径(mm) |
产地 |
缝焊机 |
FN-150-5 |
150 |
锆铜 |
6(极端) |
上海 |
点焊机 |
DN2-100 |
100 |
锆铜 |
5 |
上海 |
悬挂点焊机 |
DN2-75 |
75 |
锆铜 |
5 |
上海 |
表2 点焊、凸焊以及缝焊设备概况
注:锥体平面为点焊电极的几何形状,厚度7. 5mm为 缝焊电级的几何形状, 极端厚为6mm的滚轮电极。
二、电阻焊接
2.1 点焊
点焊在汽车燃油箱上主要是用于本体与隔板、加油管支架之间,起到连接的作用。由于镀层以及电极间在高温焊接的条件下会发生合金化反应,当焊接次数到达一定的数量后,会在电极的表面形成一层锌铜合金,这不仅使得电极出现严重的磨损,还扩大了焊接表面的直径,导致电流密度变小,焊接质量严重下降,甚至还会产生坑蚀[1]。
经过详细的分析,我们认为对点焊进行合理的电极冷却是十分重要的,必须保证冷却水流足够充分,从而保证电极能够在温室中工作。试验告诉我们,水流量应该控制在0.5L/min,这是最佳的效果。此外,还要将打点次数增加大2000点左右,不要超过,这与镀铅板点焊差不多[2]。
针对点焊时的飞溅问题,其主要原因是由于锌的沸点过低造成的,只要在操作时把握好焊接的时间以及冷却水的流量即可。试点还确定了点焊接头的工艺参数,详细见表3。
表3点焊接头的工艺参数
焊接部位 |
电极压力(N) |
焊接电源(A) |
焊接时间(周) |
板厚(mm) |
设备 |
加油管支板 |
1500 |
12000-15000 |
10 |
1.2 |
DN2一75 |
隔板与本体 |
5000 |
1300-15000 |
8 |
1.2 |
DN2一100 |
加油箱管 |
6500 |
12500-13500 |
8 |
1.2 |
DN2一75 |
2.2 凸焊
燃油箱内的放油孔其实是将一个直径为16mm的六角螺母内孔和其自身的冲孔相焊接而形成的。螺母其实也有超薄的镀层,但是在焊接时,相比点焊或缝焊,其和镀锌板之间的镀层厚度要减少一半,并且焊接起来较前两者都更加容易,详细可见表4其工艺参数。
表4 凸焊接头的工艺参数
焊接部位 |
电极压力/N |
焊接电源/A |
焊接时间了周 |
板厚/mm |
设备 |
放油孔 |
6500 |
13000-16000 |
8 |
1.2+螺母厚 |
DN2一400A |
2.3 缝焊
缝焊在采用镀锌板时对容器气密性要求比较高,通过分析我们知道, 镀锌板与镀
铅板电阻焊之间的的差异,其实是由锌和铅物理性质的不同决定的,包括元素的硬度、熔点 等,这些都对焊接性能产生较大的影响。当然,其中影响最大的要数元素沸点温度了。 表5中是缝焊最佳工艺参数,它使用的焊接燃料箱长度达到950mm,有效地避开了渗漏[3]。
表5 最佳工艺参数
参数及其性能 |
I(A) |
压力(N) |
Tw/t8 |
Vm/min |
结果 |
ab(MPa) |
镀铅板 |
20000 |
1960 |
3/2 |
2.90 |
不漏 |
317 |
镀锌板l号 |
20000 |
2500 |
3/2 |
2.90 |
漏 |
337 |
镀锌板2号 |
25000 |
6370 |
5/3 |
1.42 |
不漏 |
355 |
四、结语
通过试验我们知道,镀锌钢板燃油箱的电阻焊在制造过程中的确存在许许多多的问题,当外界条件一定时,我们要考虑其焊接是否规范合理,这样不仅能够理清思绪,然后针对问问,强势解决。在进行镀锌板焊接时,极其容易导致电极磨损,在这里我们建议选择相对比较廉价的Cu - Cr与Cu-Zr电极。在试验中,我们确定了工艺参数的具体措施,采用镀锌钢板制造燃油箱不仅能获得较好的经济效益,还能得到更好的社会效益。
【参考文献】:
[1] 吴志生,单平,廉金瑞,等.深冷处理提高镀锌钢板电阻焊电极寿命的机理[J].焊接学报,2009,4(4):7-10.
[2] 殷美庆,王敏,蒋镜昱,等.镀锌钢板电阻电极寿命研究[J].电焊机,2010,33(5): 14-15.
[3] Chen Zheng , Zhou Y . Surface modification of resistance welding electrode by electro-spark deposited composite coating : Part 1 Coating characterization[J]. Surface and Coating Technology, 2010, 201(6):1 503-1 510.
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