铝合金罐车材料和焊接工艺

普通的油罐车一般采用碳钢为材料来制作罐体，这辆解放前四后八罐车应客户要求采用先进的铝合金材料来制作，虽然制作成本会有所增加，但这辆铝合金罐车的功能和优点却无限增多。

铝是最早用于汽车制造的轻质金属材料，也是结构材料中最为经济实用、最具竞争力的汽车用轻金属材料。铝的比重约为钢的1/3，铝合金被公认是汽车轻量化的理想材料。 从各个角度来说，铝合金罐车有如下优势和特点： 1、车身重量减轻，可提高罐车性能。铝的比重约为钢的1/3，铝合金材料有质轻的特点，可有效减轻车身自重。

2、可有效的减少车辆行驶耗油费用。用铝合金替代传统钢铁作为罐体材料，可减小整车重量的30%～40%，研究表明，汽车所用燃料约有60%消耗于汽车自身重量，车身质量每减轻100 kg,每公里的燃油消耗将减少0.4 L～0.8 L，油价一再上涨的今天，车子省油就等于省钱，而且节油车辆目前已成为一种趋势。

3、铝合金罐车与普通碳钢罐车相比，它还有防腐功能，可装载腐蚀性物品，这是铝合金罐车的又一大特点。

4、铝合金罐车，环保车辆。铝合金罐车轻量化，意味着降低了汽车的耗油量和排污量，也意味着它环保，因为尾气排放中含有大量二氧化碳，对环境是一大污染源，因此铝合金材料的应用，为环保做出了贡献。

铝合金罐车是我国罐车市场发展的必然趋势

专用车轻量化是我国汽车工业在建设中国特色社会主义新形式下的要求,是建设和谐社会的

重要组成部分,也是推动我国商用车快速、持续、健康发展的必由之路。

汽车轻量化能大大增强经济效率，提高行车安全性，降低汽油油耗，减少温室气体的排放，

因此汽车轻量化是汽车工业在我国发展的趋势。

在欧洲和北美，为了实现汽车轻量化，铝合金被广泛应用于汽车工业，特别是载重和专用汽车。美铝公司开发了多种铝合金材料应用于厢式载货车、半挂车、自卸车、罐式车等等车型，铝合金材料在商用车上的大量应用顺应汽车轻量化的时代潮流。也是推动汽车工业向高水平前进。铝合金在商用车上的广泛应用，特别是在罐车上的应用，加速了欧洲和北美商用车的步代。除了极少数运输特殊化学物品之外，欧美几乎所有罐体都是铝合金制造的，市场占有

率高达90%以上，因此本文将着重介绍铝合金材料在罐车上的应用。

为什么选择铝合金作为罐车材料？

在传统观念中，铝合金比较轻，但比较软，强度不高，其实这是一种误解，铝合金在交通工具上的应用开始于100多年前，早在1903年，怀特兄弟发明第一架飞机上的发动机上就采用了铝合金材料，应用于航天飞机、轮船、汽车、火车等等交通工具。相比钢和其他合金

而言，铝合金具有如下优点：

一、质量轻

铝的密度低，只有2.7g/cm3，同样体积的铝合金几乎只有钢的1/3重量。铝合金在罐车上的应用，极大的减轻了其自重。例如，一个45m3的罐车，如果用铝合金制造，相比钢

材制造来说可以减轻5T的自重。

二、耐腐蚀性强

铝合金有比钢无法比拟的耐腐蚀性，用铝合金制造的罐体，内部不需要涂任何防护层就可以运输各种液体或液化气。这也是为什么像BP、SHELL这些国际石油巨头强制使用铝合金罐

体运输石油的原因，因为铝合金罐体有很好的抗腐蚀性，从而保证油品更清洁。

铝合金作为罐体材料的优势及给客户的价值和社会效益

一、燃油的经济性

根据欧洲铝业协会有关的研究报告，车辆每轻1T，每10KM可省0.6L的汽油。假若一个铝油罐车相对于钢罐可以减轻5T的自重的话，每年按12000KM计算，按一半的空载里程

算，至少可以节省油1800L，每年可节省9720元/年。

二、有效承载增加经济性。

根据我国最这颁发的道路安全法规定，车货总重不得超过55T，为了取得更好的经济效益，车量轻量化，增加有效承载能力尤其迫切。假若铝合金罐体可以增加5T的货物，每年还是按120000KM计算，运输费用为人民币0.5元/KM.T，可额外增加人民币150000元/年，

经济效益非常可观。

三、回收价值高

由于铝合金具有较高的耐腐蚀性，在罐在强制报废之后，铝合金罐体并没有很大的损伤，罐体的回收价值是原铝的85%以上。也就是说，一个罐体如果用5T铝，到罐体报废回收也

至少有8万元。

三、产品寿命长，维修成本低

铝合金具有良好的耐腐蚀性这一优势，在以运输有效强腐蚀物品为主的罐体上体现更加明显。因此，给客户带来直接利益就是铝合金罐体的使用寿命相对钢罐大大延长了。根据欧洲和北美的经验，一个铝合金罐体的寿命周期一般在15~20年，而钢罐的寿命只有7~9年。

同时，由于铝合金耐腐蚀性好，铝合金罐体能保持光亮美观，表面更加美观；而且不需要任

何涂缚或表面处理，清洗非常容易，所以铝合金罐车的维修成本相当小。

四、良好的导电性和能量吸收性能，更安全。

当罐车发生碰撞时，由于铝合金具有良好的导电性能，很少静电聚集在罐体上，所以不会产生火花，从而导致爆炸等事故的发生。同时铝合金能很好地吸收罐体在碰撞或侧翻时所产生的瞬间能量，不会造成罐体开裂，石油和其他物品的泄漏，直接造成爆炸和环境的污染。

另外，由于罐体的重量大大减轻，所以罐车的重心也相应地降低，从而降低罐车侧翻的可能

性，提高了其驾驶性能。

五、可焊接、可弯曲和压力加工，无特殊的加工工艺

铝作为地壳中含量第三丰富的无素，储量非常丰富（8.23%）。铝合金也是除钢铁之外第二大广泛应用的金属，加工艺已经非常成熟。MIG、TIG、电阻焊、FSW等焊接方法都可

以用来焊接铝合金。同时，铝合金也可以进行弯曲、冲压和深拉加工。

从环境和社会效益角度出发而言

全球环境变暖已成为所有人关注的热点，而造成其主要原因是温室气体CO2排放相对过高，根据欧洲铝业协会研究报告表明，在车上每使用1KG的铝合金，可减少CO2排放28KG。也就是说，如果使用铝合金罐体减重5T，可已总共减少CO2排放140T，环境将得到极大

改善，社会效益明显。

所以铝合金无论从经济效益，还是从安全的角度、环境和社会效益来说，都具有无比的优势

性。

铝合金罐车材料的选择

美铝公司拥有全球最大的轻金属研发中心，开发出世界上绝大部分铝合金材料，当然也包括

铝合金罐车材料，美铝公司开发出了符合欧洲ADR标准的光亮铝合金罐体材料

5182RTSG1，具有更好的综合性能。

美铝公司开发的5182RTSG1已能通过欧洲TUV认证，并在欧洲开始大量应用于罐体的生

产。 结束语

汽车轻量化是汽车发展的总趋势，而铝合金的大量使用是汽车轻量化最主要的方式之一。铝合金在罐体上的应用，使罐车在轻量化上效果显著，经济效益、环境保护、社会效益非常可观，是一件利国利民又利已的事情，根据铝合金罐车在欧洲和北美使用的经验。由此可见，

铝合金罐车是中国罐车发展的必然趋势。 FSW发展很快，已有10年。自从1995年以来，欧洲、美国和日本等一些国家对FSW开展了应用性研究，特别是美国航空航天工业部门高度重视该技术，并用它 成功地焊接了以往难以焊接的7075铝合金低温燃料贮箱，其力学性能很好。5454铝合金焊接后有很好的抗腐蚀性。

波音公司自1960年以来共生产了265枚德尔它系列运载火箭。德尔它Ⅱ运载火箭贮箱与德尔它Ⅲ的相同，LO2箱长12 m，燃料箱长8.4 m，级间段长4.8 m，直径2.4 m，由 3块22.22 mm厚的2014-T6铝合金焊接成圆筒壳段。先机械加工网格结构面板，然后弯曲成形，焊前48 h酸洗，去掉氧化物，再放入GMAW自动焊机，从里面平焊3条纵向焊缝，构成圆筒，焊接后从内、外两面机加工去掉焊缝余高，并100% X光和着色检验。面临商业卫星发射任务的不断增加，公司要求一年生产95台的德尔Ⅳ运载火箭贮箱。针对日益繁重的生产任务和世界发射市场的竞争，为了降低成本，节省经费，公司将长期使用的成熟的 GM AW焊接改为FSW焊接。1999年初，公司在加州的Huntington Beach工厂用FSW焊接生产了德 尔它Ⅱ 和Ⅲ运载火箭的贮箱，2001年用FSW焊接生产了德尔它Ⅳ运载火箭的贮箱。将应用FSW技术与 GMAW技术的情况列于表3。

表3 FSW与GMAW焊接贮箱比较

GMAW FSW

每838.2 cm长的焊缝有1处每7620 cm长的焊缝有1处缺陷 缺陷 — 焊接前放入酸洗槽酸洗 焊接前根部装配间隙要求高 每年节省经费几十万美元 焊接前只用溶剂擦洗 焊接前根部装配间隙要求低，节省了装配时间 焊接后要机械加工去掉焊缝余因为无焊缝余高，省去机械加工 高 — — — 焊接接头抗拉强度、断裂韧性和屈服强度在室温和低温下均提高30%～50% 质量可靠性提高 成本降低 焊接后需要100%X光和荧光缺陷显著下降，所以采取周期性抽样检验 着色检验 焊接时需要保护气体和填充焊不需要 丝 — 焊接时释放有害烟雾气体 生产时间明显减少 焊接时不释放有害烟雾气体 第1台SuperStir FSW焊机带有计算机控制，是由瑞典ESAB公司制造的，安置在波音公司加州Huntington Beach工厂。工厂用此焊机焊接了大量的航空航天工业用的铝合金并进行试验 。1998年，工厂又装备了比SuperStir更大的FSW焊机，焊机长19.5 m，焊接长度为15.3 m，采取闭环反馈控制和电视摄像实时监控或录像带监控，观察焊接情况，可焊接的贮箱圆 筒直径为2～6m，单层焊接材料最大厚度为25.4 mm。

德尔它Ⅳ运载火箭贮箱直径为5 m，是德尔它Ⅱ和Ⅲ的两倍多，采用材料改为

2219-T87 铝合金，在阿拉巴马州的Decatur工厂生产。全部纵向焊缝用FSW焊接，焊接时背面必须加垫板 。每个FSW焊接小组由5人组成，3人负责装配，1人负责焊接，1人为工程师，全面负责。环向焊缝暂时还用VPPA焊接。焊接工艺与德尔它Ⅱ和Ⅲ贮箱制造工艺相同。Decatur工厂垂直 焊接德尔它Ⅳ，占地面积小。目前Decatur工厂有3台FSW带超声检验的焊机。为了节省成本，现正在研究全部用FSW代替VPPA焊接贮箱圆筒壳段与圆筒壳段的环焊缝，底盖与圆筒相连 接的环焊缝。为此，该厂与洛克威尔公司和TWI研究所签定了3年的合同，研究用FSW焊接整个贮箱 ，进行贮箱焊后打压试验以及在其它方面的应用。