毕业设计（论文）-摩托车油箱焊接性分析及工艺设计.pdf

三峡大学毕业设计（论文） i 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方法。 关键词关键词：摩托车油箱 焊接性分析 焊接工艺设计 油箱焊后检验 三峡大学毕业设计（论文） ii abstract thispaper mainly discusses the present situation of motorcycle tank welding technology bothhome and abroad, and the significanceofmaking a research in this subject.takingdy-150 tank-riding of dayunmotorcycle company as an example, from the tank production process, the author analyzes the production methods which are commonly usedinwelding and the defectsof 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. according 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, and then establishes a welding process card and gives testing methods of tank welding. keykeykeykey wordswordswordswords:the tankofmotorcycle;analysis of welding; design about welding technique; testing methods of the fuel tank welding 三峡大学毕业设计（论文） iii 目录 摘要摘要i i i i abstractabstractabstractabstractii ii ii ii 1 1 1 1绪论绪论1 1 1 1 1.1问题的提出1 1.2国内外油箱焊接技术应用现状2 1.2.1国外油箱焊接技术应用现状.2 1.2.2国内油箱焊接技术应用现状.3 1.3本课题研究的主要内容及应用意义4 2 2 2 2油箱焊接结构特点及焊接性油箱焊接结构特点及焊接性5 5 5 5 2.1dy-150 骑式油箱三视图.5 2.2油箱焊接质量要求.5 2.2.1外观要求5 2.2.2密封性要求6 2.3油箱的结构设计.6 2.3.1油箱边子外形设计.6 2.3.2油箱后部联接方式.7 2.3.3油箱盖与油箱连接形式7 2.3.4油箱进油口结构形式8 2.3.5燃油传感器与油箱连接形式.9 2.4油箱焊接结构特点10 2.5油箱材质的焊接性10 2.6油箱焊接方法11 2.6.1点焊、凸焊、缝焊12 2.6.2气焊和火焰钎焊.12 2.6.3混合气体保护焊.13 2.6.4钨极氩弧焊17 3 3 3 3油箱焊接设备选择油箱焊接设备选择19191919 3.1弧焊机器人和箱口圈焊机选择19 3.1.1弧焊机器人选择.19 3.1.2箱口圈焊机选择.21 3.2电阻焊机选择.21 3.2.1缝焊机选择22 3.2.2点焊机选择22 3.2.3多点焊机选择.24 3.3二氧化碳气体保护焊机选择.25 4 4 4 4油箱焊接工艺设计油箱焊接工艺设计27272727 4.1dy-150 骑式油箱焊接工艺流程图.27 三峡大学毕业设计（论文） iv 4.2上油箱体和箱口圈焊接工艺.28 4.2.1箱口圈焊接接头的形式28 4.2.2焊接设备28 4.2.3焊接材料的选择.28 4.2.4焊前准备28 4.2.5焊接参数28 4.3周边焊缝的焊接工艺29 4.3.1缝焊的接头形式.29 4.3.2焊接设备30 4.3.3焊前准备30 4.3.4焊接参数的控制.30 4.4出油管的焊接工艺31 4.4.1出油管的接头形式31 4.4.2焊接工艺31 5 5 5 5摩托车油箱成品检验摩托车油箱成品检验33333333 结论结论35353535 致谢致谢36363636 参考文献参考文献37373737 附录附录39393939 三峡大学毕业设计（论文） 1 1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，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。 三峡大学毕业设计（论文） 2 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 三峡大学毕业设计（论文） 3 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， 第一次预成形， 第二次和第三次为左右两边收口， 三峡大学毕业设计（论文） 4 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、tig 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。 三峡大学毕业设计（论文） 5 2油箱焊接结构特点及焊接性 2.1dy-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 2-1dy-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。 三峡大学毕业设计（论文） 6 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 0.0250.030mpa 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 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 图 2-2 内藏式油箱 三峡大学毕业设计（论文） 7 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。 三峡大学毕业设计（论文） 8 a)铰链式b)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 三峡大学毕业设计（论文） 9 2.3.5燃油传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 三峡大学毕业设计（论文） 10 图 2-8 压板连接形式 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： 表表 2-12-1 08a108a1 化学成份和机械性能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(mpa) 08al0.08 痕 迹 0.40 0.02 0.07 0.0200.03025533442206 08al 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： 三峡大学毕业设计（论文） 11 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、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。 三峡大学毕业设计（论文） 12 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 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， 其影响因素见表 2-3。 三峡大学毕业设计（论文） 13 表表 2-22-2 油箱点缝焊常见缺陷及其产生原因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； 三峡大学毕业设计（论文） 14 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。 表表 2-2-3 3 油箱火焰钎焊缺陷产生的原因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 弧柱电场强度是指单位弧长电压降的大小。电弧电场强度越大说明在同样弧长条件 下，电弧的能量越大，电弧的能量更加集中。 b) 气体介质对电弧形态及电弧温度的影响 三峡大学毕业设计（论文） 15 如果气体介质使弧柱电场强度提高，按最小电压原理，电弧为了维持稳定的燃烧，损 失较小的能量，必收缩其断面，电弧的弧根不易上爬，使弧柱电场强度高的气体电弧形状 要变细一些，电弧收缩，电弧能量密度提局。 (2)气体介质对熔滴过渡的影响 不同气体介质中的电弧，有不同的电场强度，造成电弧形态及能量密度的差别。不同 电弧形态必然导致熔滴过渡形式的变化。下面介绍氩气中加入二氧化碳气体后对熔滴过 渡、焊缝成形、接头性能的影响。 a) 混合气体对熔滴过渡的影响 氩气中加入电场强度比氩气高的二氧化碳气体，由于气体介质的压缩作用，会使弧柱 截面变细，弧根不能向上扩展，可以提高射流过渡临界电流值。另外，在氩气中加入二氧 化碳气体，由于改变了电弧形态及熔滴过渡的特点，在熔滴呈短路过渡的情况下可以显著 减少焊接过程中的飞溅，克服二氧化碳气体保护焊的缺点。 b) 混合气体对焊缝成形的影响 混合气体保护焊，可以通过改变气体成分，改变和控制熔滴过渡形式，满足不同焊接 工艺的要求。减少飞溅，改善焊缝成形，这是应用混合气体保护焊的一个主要目的。 mag 焊可以改善焊缝表面成形，使焊道平整光滑，没有咬边、焊瘤等缺陷。一般熔 化极单一气体保护焊，使用焊丝较细，电流密度很高，容易得到窄而高的表面凸起的焊缝。 没有熔剂和焊剂的保护，再加上焊速较快，容易造成母材与熔化金属润湿不良，使焊缝表 面成形很差。当氩气中加入少量二氧化碳气体时，这种情况就可以得到改善。这是因为氩 气中加入氧化性气体以后，可以使阴极受到氧化作用生成微量的氧化物，可以稳定阴极斑 点。否则，电弧阴极斑点寻找氧化膜，使电弧漂移不定，造成焊缝边缘流动性，使母材和 熔化金属润湿性好，使焊道表面变得圆滑扁平，降低焊缝的加强高。 c) 混合气体对焊丝熔化和接头性能也有较大影响 气体成份影响电弧电场强度及电弧能量密度，因此，对焊丝的熔化速度也有很大的影 响。反极性时气体介质成份对焊丝熔化速度的影响是很小的。在直流正接时，气体成份对 焊丝熔化速度有很大影响。 气体成份对焊丝熔化速度的影响，主要是因为气体成份影响电弧电场强度的变化，引 起电弧形状及阴极压降的变化。当为直流正接时，阴极区产热受气体介质的影响很大，在 三峡大学毕业设计（论文） 16 混合气体中含有少量氧化性气体时，在阴极表面会形成一定的氧化膜，金属氧化物的逸出 功比纯金属低，可以降低阴极压降的数值，使阴极产热少，焊丝熔化速度下降。 综上所述， 在保护气体中加入二氧化碳， 会使弧柱电场强度随着含氧量的增加而提高， 增加电弧电压；当二氧化碳含量较少时，因电弧空间具有氧化性，它可以稳定阴极斑点， 增加电弧的稳定性；氧与其它元素进行氧化反应而放热，可以提高电弧温度；氧可以改变 熔化金属的表面张力及润湿性。所以，在氩气中加入少量二氧化碳气体时，可以改变焊缝 成形，提高电弧温度，有利于射流过渡，并改善熔化金属的流动性，对焊缝成形有利。因 此，箱口圈焊接、支承板焊接均采用 mag 焊，逐渐取代缝焊和火焰铜钎焊。 用 mag 焊方法焊接油箱时，常见的焊接缺陷及其产生的原因和改进措施见表 2-4。 表表 2-2-4 4 油箱气体保护焊缺陷产生原因及改进措施油箱气体保护焊缺陷产生原因及改进措施 缺陷产生缺陷的原因改进措施 夹渣 焊前零件表面不佳焊前清洗零表面 焊丝成份不当严格入厂验收 气孔 气体保护不足控制好保护气体的流量，清除喷嘴内的飞溅 焊丝被污染采用清洁无锈的焊丝 工件被污染焊前清除工件表面的全部油、锈、尘土 电弧电压太高减少电弧电压 喷嘴与工件的距离太大减小焊丝伸出长度 未熔合 工件被污染减小焊丝伸出长度 线能量不足检查参数的变化情况 零件不合格，焊缝偏移修模具 未焊透 线能量不合适检查参数变化情况，保持喷嘴与工件的适当距离 焊枪角度不对保持焊枪的后仰角或前倾角 烧穿 线能量过大减小送丝速度和电弧电压，提高行走速度 焊接零件间隙太大加强零件质量控制 弧坑电流过大控制焊接电流，使用焊机的“收弧”功能 裂纹 焊前零件存在较大应力，冷 作硬化严重 减轻冷作硬化程度 三峡大学毕业设计（论文） 17 2.6.4钨极氩弧焊 钨极氩弧焊是指以钨或钨合金（钍钨、铈钨等）作为电极，用氩气作为保护气体的电 弧焊方法，简称 tig 焊。焊接时，根据焊缝的坡口形式及焊缝金属性能的需要，可以添加 或者不添加填充金属。填充金属通常从电弧的前方加入，但也可以预置在接头的坡口或间 隙之中。焊接过程可以用手工操作，也可以自动化。 钨极氩弧焊的特点： （1） 优点 a) 保护作用好，焊缝金属纯净； b) 焊接过程稳定； c) 焊缝成形好； d) 具有清除氧化膜的能力； e) 焊接过程便于实现自动化。 （2） 缺点 a) 需要特殊的引弧措施； b) 对工件清理要求严格； c)生产效率相对不高。 tig 焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，它的生产率虽然不如其他的电弧焊高，但 是容易得到高质量的焊缝，特别适宜薄件、精密件的焊接。在摩托车油箱的焊接中，主要 用于焊接出油管。 钨极氩弧焊可以根据它的工艺特点，进行不同方式的分类，但是最通常的分类方式， 是票据使用的焊接电流种类和极性进行分类。分为直流钨极氩弧焊、交流钨极氩弧焊及脉 冲钨极氩弧焊。 (1)直流钨极氩弧焊 直流钨极氩弧焊的焊接电流为直流，没有极性变化，电弧燃烧非常稳定，然而它有正、 负极性之分。工件接电源正极，钨极接电源负极称为直流正极性，反之，称为直流反极性。 直流正极性 tig 焊 直流 tig 焊多采用直流正极性的施焊方式，此时钨极为阴极，钨极的熔点高，阴极电 子热发射能力强，一旦引燃电弧，就能稳定地进行焊接。由于电弧十分稳定，所以设备和 三峡大学毕业设计（论文） 18 工艺简单。 图 2-9 为直流正极性 tig 焊工作程序图。 图 2-9 tig 焊的工作程序 q保护气体流量v焊接速度i焊接电流t焊接循环时间 t1提前送气时间t2引弧时焊枪停留时间t3电流递增时间 t4焊接时间t5熄弧时焊枪运动时间 t6电流衰减时间t7延迟停气时间 (2) 直流负极性 tig 焊 在实际生产中很少使用负极性 tig 焊。其原因是钨极易过热，烧损快、焊缝熔深浅， 电弧不够稳定，在摩托车油箱的焊接中很少用到，直流负极性具有“阴极清理作用”，所 以一般用来焊接铝、镁及其合金。 三峡大学毕业设计（论文） 19 3油箱焊接设备选择 焊接设备的正确选择对油箱的焊接质量有着较大的影响。质量低劣的焊机，无法提供 稳定的焊接电流，使焊接接头质量发生波动，焊出不合格焊缝。 弧焊机器人在油箱焊接中的应用使得工厂能够建立起以焊接机器人为中心的柔性焊 接生产线，从而适应多品种、高质量、小批量的生产需要，不断生产出市场需求的新产品， 从而使工厂在需求层次日益多样化的市场中占据主要位置。 下面对生产线上的主要设备的选择及其性能作一分析。 3.1弧焊机器人和箱口圈焊机选择 3.1.1弧焊机器人选择 对于弧焊机器人的选择，进行广泛调研很有必要。在众多的机器人制造商中，通过对 比日本的法那克公司(fanuc ltd.)、安川公司(motoman),松下公司、瑞典伊莎公司(esab ab)、abb 公司、荷兰诺基亚公司(nokia ab)、德国库卡公司(kuka co)、美国的米勒公司 等机器人制造商，从性能和价格考虑，对于出油管和支承板焊接，选用了美国 miller 公司 om-1403 型五轴弧焊机器人。 一、出油管、支承板焊机选择 以前，出油管焊接采用火焰铜钎焊，支承板焊接采用二氧化碳半自动焊。这次选用了 美国 miller 公司的 om1403a 型弧焊机器人系统进行焊接。变位器由哈尔滨焊接研究所设 计。 美国 miller 公司的 om-1403a 型弧焊机器人系统构成见图 3-1所示， 主要技术参数为： 轴数：5 轴 位置信号编码：交流伺服电机和独立编码器 驱动能力：130w(全部 5 轴) 运动范围：轴 1：130 轴 2：150(垂直运动方向 760m) 轴 3：150 轴4:210 轴5:130 限制轴运动保护方式：软件限制(各轴)，过载限制开关(轴 1,2 ,3 为电子停止)和机械 三峡大学毕业设计（论文） 20 结束停止(轴 1, 2, 3, 4 为硬件停比) 最大速度：轴1:1100/秒 轴2:1600/秒 轴3:2200/秒 轴4:4300/秒 轴5:4300/秒 手臂运动面积：0.64m2260 手臂夹持最大重量：3kg 位置重复精度：0.l mm 环境条件:温度 040 图 3-1 om-1403a 弧焊机器人构成图 三峡大学毕业设计（论文） 21 3.1.2箱口圈焊机选择 过去，箱口圈焊接采用火焰铜钎焊，这次经过调研选用了日本的箱口圈 mag 自动焊 机，型号为 nas-792,结构略图如图 3-2所示，电源采用日本 cpvb-350 逆变电源。日方提 供了二种车型的焊接夹具，这种夹具小巧灵活，定位可靠，装夹方便。 图 3-2 箱口圈自动焊机结构示意图 3.2电阻焊机选择 对于电阻焊设备，通过对比国内几家有名的电焊机厂家、如成都电焊机厂、上海电焊 机厂、成都电焊机研究所、成都玛瑞电子设备厂、成都天府焊机公司、唐山松下产业等厂 家，从焊机性能、售后服务、价格等诸方面作了比较后，选用了成都电焊机厂的电阻焊机。 三峡大学毕业设计（论文） 22 3.2.1缝焊机选择 由于缝焊机的好坏直接决定了油箱焊接的气密性，因此，选用了 fz 系列次级整流焊 机。其特点是在焊接变压器的次级用大功率硅二极管组进行整流，将交流变为直流，对焊 件进行加热焊接的新型焊机。由于次级回路中感抗很小。因此，次级整流式直流缝焊机与 同类型交流电焊机相比，具有功率因数高、热效率高，焊接同样厚度材料功率消耗小，焊 缝质量好等显著特点。 缝焊机技术参数 焊机型号fz-100 额定容量100kvw 额定负载持续率50% 电源电压交流、单相、380v,50hz 次极空载电压3.527.04v 次极电压调节级数8 级 额定级数7 级 电极臂有效伸出长度610mm 上焊轮最初行程35mm 上焊轮最大行程(焊轮磨损后)105mm 焊接速度0.64m/min 最大工作压力14kn 额定工作压力7kn 焊接厚度(低碳钢)2+2mm 气源网络中压缩空气0.5mpa 压缩空气消耗量(自由状态)0.30.5m3/h 直流电动机功率0.75kw 焊机外形尺寸(长宽高)19406822084mm 3.2.2点焊机选择 选用了成都电焊机厂的 dn 系列焊机，容量在 63kva 以上。这种焊机的特点是外形大 三峡大学毕业设计（论文） 23 方，传动系统为气压传动。由于采用了滚动导轨结构，因此定位精度高，随动性好，电极 臂的刚性好。焊接过程由微机控制器完成，控制质量稳定。焊机操作为脚踏形状开关式， 具有较高的生产率和较低的劳动强度。由于油箱的开敞性不好，因此，必须对下电极进行 结构改造，如图 3-3 所示： 图 3-3 下电极改造形式 dn-63点焊机主要技术参数 焊机型号dn-63 额定容量63kva 负载持续率50% 电源电压交流、单相、380v, 50hz 次极空载电压3. 346. 67v 次极电压调节级数8 级 额定级数7 级 电极臂伸出长度600mm 电极间距离200mm 上电极工作行程20mm 上电极辅助行程60mm 最大电极压力7nk 低碳钢焊接厚度2.5+2.5mm 生产率65 次/分钟 气源压力0.5mpa 三峡大学毕业设计（论文） 24 空气消耗量5.5m3/h 冷却水流量16l/min 外形尺寸52011881870mm 焊机重量600kg 3.2.3多点焊机选择 由于这种多点焊机属于专用设备，因此，经过了广泛的调研，了解了成都电焊机厂、 成都电焊机研究所、沈阳电焊机厂等厂家，通过多次接触、反复对比，最终选择了沈阳电 焊机厂做为内侧板水平多点焊机、内侧板垂直多点焊机和油箱体与内侧板组合点固多点焊 机。主要技术参数见表 3-1： 变压器主要技术参数: 额定初级电压：380v 额定初级电流：166a 额定负载持续率：50% 次级空载电压调节范围：4.526.56 v 次级空载电压调节级数：5 级 额定次级电流：3649a 绝缘等级：b 级 内侧板水平多点焊机上完成内侧板与左右连接座、加强板的水平方向焊点的点焊，左 右连接座上焊点各 4 点，加强板上焊点为 4 点；垂直多点焊机上完成内侧板与出油管衬垫 的点焊(2 点)和加强板垂直方向补充点焊(4 点)；周边多点焊机上完成内侧板与油箱体组合 点固焊(20 点)。 这三台多点焊机可完成油箱上的大部分点焊工作，通过适当调整焊接电极和下焊台， 能够焊接其它车型的油箱，下焊台更换比较方便；变压器联接在横梁上，结构紧凑，变压 器铁芯采用冷轧硅钢片，次级内水冷绕组线圈绝缘采用环氧树脂浇注结构。应用的是单面 双点焊原理，可直接在装配夹具上装配，能够较好地保证装配精度，通过多点焊机实现自 动焊接；通过专用焊机的使用，减少了人为因素对焊点质量的影响，提高了尺寸的精度和 劳动生产效率。 三峡大学毕业设计（论文） 25 表表 3-13-1 多点焊机主要技术参数多点焊机主要技术参数 dn-263sdn-263cdn-263z 电源电压交流、单相、380v,50nz 焊机额定容量(kva)263263363 焊接变压器台数223 工作节拍(秒)504551 最多焊点数(点)121420 焊接方式单面双点 最大电极压力(kn)125012501100 最大电极行程(mm)404040 下工作台行程(mm)850850900 气源工作压强0. 5mpa 冷却水消耗量23l/min23l/min29l/min 压缩空气消耗量0.0042m3/min 外形尺寸(长宽高)(m)1640l290l6901640l290l690250013401950 重量(最重)2540kg2400kg2900kg 3.3二氧化碳气体保护焊机选择 通过比较选用了唐山松下 kr350 型 c02/mag 半自动焊机，这种焊机具有：起弧成功 率高，收弧填满弧坑且无小球；能实现焊接中断点重熔与覆盖；小电弧自动去除粒丝；平 行摆动和旋转焊接，快速识别和均匀填充焊缝；晶闸管性能良好，能使电弧较稳定，降低 了飞溅，提高了焊接质量。 实际生产中，使用了富氩混合气体保护焊，即在氩中加入 20%的二氧化碳，增加了保 护气体的氧化性， 从而细化了过渡熔滴， 克服了电弧阴极斑点飘移及焊道边缘咬边等弊病。 另外，加入二氧化碳后，增加了母材输入热量，提高了焊接速度，改善了焊缝成型，减少 了飞溅。其主要技术参数如表 3-2。 三峡大学毕业设计（论文） 26 表表 3-23-2 kr350c02/magkr350c02/mag半自动焊机主要技术参数半自动焊机主要技术参数 输入电源三相、交流 380v50-60hz 兼用 额定输入容量18.1kva 额定输出电流dc60-350a 额定输出电压dc16-36v 负载持续率50% 一元化对应焊丝直径(mm)低碳钢实芯焊丝0.9、1.0、1.2 外形尺寸(mm)376675747 重量100kg 三峡大学毕业设计（论文） 27 4油箱焊接工艺设计 4.1dy-150 骑式油箱焊接工艺流程图 dy-150 骑式油箱焊接工艺流程图如图 4-1。 图 4-1 dy-150 骑式油箱焊接工艺流程图 三峡大学毕业设计（论文） 28 4.2上油箱体和箱口圈焊接工艺 上油箱体与箱口圈的焊接有两焊接方式比较常用，一种是软钎焊，另一种是 mag 自 动焊，在这我们选择用 mag 自动焊。 4.2.1箱口圈焊接接头的形式 因为油箱上体在冲压油箱进口里，会有一定的卷边，这时，我们的焊接接的形式可以 卷边焊缝，如图 4-2 所示。 图 4-2 箱口圈焊接接头示意图 4.2.2焊接