铝合金应用.doc

轻质材料在散装罐车上的应用1. 调研背景意义在国家政策导向和行业内的竞争压力推动作用下，专用车的轻量化被推上日程。通过使用新型材料，可以达到减重、降耗、环保、安全的综合目标。目前我国最常用的为不锈钢和塑料罐，由于铝合金的密度约为钢的1/3，回收利用率高，且依据国外罐车轻量化的发展历程，普遍认为铝合金将是未来罐车的首选材料。2. 国内外罐车现状国内外化工液体运输车罐体所用的材料主要指高强度不锈钢、铝合金与塑料（聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、玻璃钢等）三类。虽然近年来发展起来的高性能耐磨内衬材料弥补了常规塑料耐磨性差的缺点，但从搜集的国内外资料显示，塑料罐尤其是玻璃钢罐虽与专用车行业有交差，但又作为一个相对独立的行业（储罐）存在着。在国外（主要指欧美和日本），以运输为目的的罐体，大多数专用车厂家都有碳钢、不锈钢和铝合金三种材质供用户选择。由于其铝合金制品的成型工艺已经相当成熟，采用铝合金罐体和车架的散货运输车辆也已开始大量使用，传统的钢制罐体散货运输车辆已在市场逐渐淡出。罐体（包括运输罐和存储罐）制造企业罐体采用的铝合金型号众多，如5052型、5083型和6061型；其形式为罐车整体或部分部件采用铝合金。日本三菱专用车公司在2002年将6061铝合金用于专用车底盘，并据当时几种铝合金的性能与价格选择了性价比最好的6061型铝合金。三菱17方铝合金散料车采用6061-T6铝合金后；底盘梁减重320kg；铝合金罐体减重1000kg；铝合金高强度单轮胎轮毂、油箱及其它附件减重200kg。 图1. 三菱17方铝合金散料车美国Rampmaster公司在其模块化飞机加油车（底盘、泵、罐体三个独立的模块），仅在罐前部、侧面和底面及顶部人行道垫板和梯子采用了铝合金。图2. Rampmaster公司26方加油车美国Rocket Supply 公司的丙烷运输罐车仅在挡泥板、工具箱和装饰件上使用了铝合金。图4. Rocket Supply公司丙烷运输罐车塑料材质的罐体主要用于常温、常压下物料的储存；不推荐将塑料罐体用作高压容器使用。聚丙烯、聚乙烯、玻璃钢运输罐不仅在国外已经很成熟，就是在国内也已经有很多企业在生产。如无锡新开河储罐有限公司生产的10方全塑运输槽（如图）和河北中意玻璃钢厂生产的50方GFAK型玻璃钢罐车（如图）。这两家公司和其它塑料、玻璃钢罐车生产企业一样，仅强调了罐体的材料轻量化，而在罐车的其它部件如支架、附件等上面，仍使用了传统材质。 图. 全塑运输槽 图. GFAK型玻璃钢罐车我国专用车底盘生产企业也将其轻型化的部件作为其产品的亮点进行宣传，如重汽豪泺底盘采用了塑料电瓶箱盖和铝合金油箱，如下图。 塑料电瓶箱盖 铝合金油箱3. 国内技术相关普遍认为相同容量的罐体，铝合金材料罐体与采用碳钢材料罐体相比，重量可以减轻约50%；这样就可以在不降低容量的情况下减轻自重，提高燃油效率，加大载重能力；增大运输效率，降低运输成本。但事实却不尽如人意，如淮阴工学院与某公司合作开发出铝合金油罐车（售价为26万）罐体重量由原来的8.85吨降至7.570吨，减重仅15%。还有很大的潜力。同时铝合金板材和型材价格是钢铁的5倍左右，必然会导致生产企业成本的增加。此外，国产的铝合金残余内应力会比较大，加工容易变形；且硬度高达95HB，用压板进行材料整形很难实现。所以残余内应力小的进口铝合金是多数汽车企业的首选。铝合金的熔化焊接要比钢材难度大得多。主要体现在铝合金焊接接头软化严重，强度系数低（约0.50.7），这也是阻碍铝合金应用的最大障碍； 铝合金表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3 其熔点为2060 ） ，这就需要采用大功率密度的焊接工艺； 铝合金焊接容易产生气孔； 铝合金焊接易产生热裂纹； 线膨胀系数大，易产生焊接变形； 铝合金热导率大（约为钢的4 倍） ，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大24 倍。因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。目前比较先进的铝合金先进焊接技术有搅拌摩擦焊接、激光焊接和电子束焊接等。其中对焊缝强度影响最小的的搅拌摩擦焊是最理想的焊接方式。北京赛福斯特技术有限公司（中国搅拌摩擦焊中心）生产的工业生产型加工能力如下表。名称平板直缝FSW设备筒体纵缝FSW设备筒（锥）体纵缝、环缝FSW设备卧式立焊FSW设备大厚度FSW设备悬臂FSW设备立式纵缝FSW设备卧式横焊FSW设备静龙门式FSW设备厚度2-6单道焊40、双面焊7020122025直径/mm-20002800-3500800-1500mm1400长度/m1261.521.5-焊缝对接对接纵缝纵缝纵缝环缝纵缝环缝图片从上表可以看出，搅拌摩擦焊仅限于简单的平直和圆形结构对接和拼接；并且仅限于直径为800-1500mm的锥体。建议关注铝合金焊接设备、焊接工艺技术的发展4. 一般而言，大多数新技术的普遍应用都要经历一个过程，比如轿车的平均用铝量，欧美国家早在2005年就达到了150kg，而我国目前还不到50kg。同时研究表明车身质量每减轻100 kg，每公里的燃油消耗将减少0.4 L0.8 L，所以在罐车轻量化的进程中，不仅罐体本身轻量化大有潜力，从其它部件着手同样大有文章可做。如强度要求不高的附件、装饰件、非焊接件等。附录：1. 道路运输液体危险货物罐式车辆GBT18564.1-2006道路运输液体危险货物罐式车辆 第1部分：金属常压罐体技术要求GBT18564.2-2008道路运输液体危险货物罐式车辆 第2部分：非金属常压罐体技术要求GBT18564.1-2006和 GBT18564.2-2008对罐体最小厚度的要求见下表罐体的直径DN / mm最小厚度 / mm 聚乙烯聚氯乙烯聚丙烯玻璃钢奥氏体不锈钢其它钢材铝合金99.6%纯铝600DN9008.35.99.74.82.5346900 DN120011.57.813.54.81200 DN150014.69.717.44.81500 DN180017.811.621.24.81800210028.618.2-6.4注：聚氯乙烯粉粒6500元/t；铝合金27000元/t2.车用大梁铝合金型材：从林铝 载重车用大梁型材 车用大梁型材2. 铝合金板材：东北轻合金合金牌号状态厚度宽度长度5052O(M)0.3-101000-15004000H14/24(Y2)0.3-6.51000-15004000H18/28(Y)0.3-4.01000-15004000F.H112(R)*5-801000-1600400