صفحه آلومینیومی برای مخازن سوخت: آلیاژها، حرارت و تمرین جوشکاری

چرا صفحه آلومینیومی برای مخازن سوخت مشخص شده است

آلومینیوم به مواد پوسته استاندارد برای مخازن سوخت جاده ای، ریلی و دریایی تبدیل شده است زیرا مجموعه ای از الزامات را به یکباره برطرف می کند. نسبت استحکام-به وزن آن به یک مخزن 1500 لیتری دیزل اجازه می‌دهد تقریباً 40 درصد کمتر از یک معادل فولادی وزن داشته باشد که مستقیماً به بار یا برد تبدیل می‌شود. کاهش پنج برابری وزن پوسته همچنین بار روی براکت‌های شاسی و تسمه‌های مخزن را کاهش می‌دهد و خستگی در نقاط نصب را کاهش می‌دهد.

دو خاصیت دیگر به اندازه وزن اهمیت دارند. این فلز برای بخار سوخت نفوذناپذیر نیست، بنابراین مخزن آلومینیومی جوش داده شده هیدروکربن‌ها را به روشی که مخزن پلیمری می‌تواند از طریق انتشار خارج نمی‌کند. و آلومینیوم یک لایه اکسید پایدار تشکیل می دهد که در برابر گازوئیل، مخلوط بنزین، نمک جاده و بیشتر جوهای صنعتی مقاومت می کند، مشروط بر اینکه آلیاژ و مواد مصرفی جوش به درستی مطابقت داشته باشند. آلومینیوم همچنین کاملاً قابل بازیافت است و مخزن منسوخ شده تمیز و ضایعات{4}}با ارزشی است.

آلیاژها و تمپرها برای پوسته ها، بافل ها و اتصالات

در ساخت مخزن از گروه کوچکی از آلیاژهای 5xxx غیرقابل عملیات حرارتی{{0}برای پوسته و آلیاژهای 6xxx قابل عملیات حرارتی-برای سخت‌افزار داخلی استفاده می‌شود.

انتخاب آلیاژ از فشار طراحی، ضخامت پوسته ای که تجهیزات شکل دهی می توانند تحمل کنند و محیط خوردگی را دنبال می کند. برای مخزن گازوئیل کوچک در یک کامیون جاده، 5052 H32 در محدوده 3-6 میلی متر معمولاً کافی است. برای یک پوسته جوش داده شده بزرگ، یک تاسیسات دریایی یا یک مخزن با فشار یا خلاء، به جای آن 5083 H116 یا 5086 H116 انتخاب می شود و در جایی که محاسبه کد آن را می طلبد از صفحه ضخیم تر استفاده می شود.

یک قانون طراحی ارزش دارد که زودتر بیان شود: آلیاژهای پوسته 5xxx به دلیل ویژگی‌های جوش{1}شان انتخاب می‌شوند، زیرا پس از ساخت، عملیات حرارتی نمی‌شوند. یک جزء 6061 T6 که جوش داده می‌شود در ناحیه تحت تأثیر گرما{5}}استحکام خود را از دست می‌دهد، بنابراین مواد 6xxx معمولاً در براکت‌ها، فلنج‌ها و اقلام ماشین‌کاری شده که در خارج از مرز فشار پیچ شده یا جوش داده می‌شوند، نگهداری می‌شود.

ویژگی های مکانیکی و اهداف ضخامت

صفحه مخزن باید در برابر دو بار مختلف مقاومت کند. اولین مورد فشار استاتیک از سر سوخت است که حداقل ضخامت پوسته را تعیین می کند. دومین مورد خستگی ناشی از لرزش، انحراف و چرخه فشار است که ضخامت دیواره های انتهایی، سطح بافل و موقعیت حلقه های تقویت کننده را تعیین می کند. مخازن معمولی دیزل خودرو از صفحه پوسته 3-5 میلی متری با بافل در فاصله 400-600 میلی متر استفاده می کنند، در حالی که مخازن دریایی و ریلی بزرگتر با سفت شدن اضافی به صفحه 6-10 میلی متری منتقل می شوند.

برای اهداف طراحی، صفحه با حداقل قدرت تسلیم خریداری می‌شود تا مقدار معمولی. 5052 H32 در حداقل بازده 193 مگاپاسکال، 5086 H116 در 200 مگاپاسکال و 5083 H116 در 215 مگاپاسکال مشخص شده است. تأیید ضخامت اولتراسونیک در مرحله بازرسی ورودی، همراه با گواهی تجزیه و تحلیل برای هر گرما، نقشه های ساخت را معتبر نگه می دارد. تخلخل کم و فضای داخلی تمیز{11}}آزاد به همان اندازه مهم هستند، زیرا منافذ در جوش یا لبه صفحه می توانند به مسیرهای نشتی تحت ارتعاش تبدیل شوند.

شکل دهی، جوشکاری و انتخاب فلز پرکننده

پوسته ها با ترمز فشاری، نورد یا برای اشکال پیچیده با هیدروفرمینگ تشکیل می شوند و سپس با فرآیندهای گاز خنثی فلزی خودکار یا گاز خنثی تنگستن جوش داده می شوند. جوشکاری رباتیک با گاز خنثی فلزی در ضخامت صفحه 2-4 میلی‌متر مهره‌ای پایدار و قابل تکرار می‌دهد، در حالی که جوشکاری با گاز خنثی تنگستن برای درزهای بسته شدن نازک و برای کارهای تعمیر در نظر گرفته می‌شود. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای درزهای مستقیم بلند مانند کف مخزن مناسب است و اتصالی با اعوجاج کم و کاملاً یکپارچه و بدون فلز پرکننده ایجاد می کند.

سه کنترل فرآیند تعیین می کنند که آیا جوش سالم است یا خیر. ابتدا، فیلم اکسید باید بلافاصله قبل از جوشکاری برداشته شود و محل اتصال خشک شود. اکسید آلومینیوم نزدیک به 2072 درجه، بسیار بالاتر از محدوده ذوب 600-660 درجه فلز ذوب می شود، بنابراین هر لایه باقیمانده باعث عدم همجوشی می شود. دوم، حرارت ورودی باید محدود باشد تا از ترک خوردن و اعوجاج داغ در بخش‌های ضخیم 5xxx جلوگیری شود. سوم، بافل های داخلی و مجموعه خروجی سوخت باید طوری قرار گیرند که بتوان از یک توالی جوش مداوم استفاده کرد. درزهای منقطع شایع ترین منشا نشت هستند. پوشش تبدیل شیمیایی به MIL-DTL{10}}5541 روی سطوح بدون تماس با سوخت که در آن اتصال الکتریکی یا چسبندگی رنگ مورد نیاز است اعمال می‌شود.

استانداردها، تست و بازرسی

ورق به ASTM B209 یا ASTM B209M برای ورق و صفحه و به ASTM B928 یا ASTM B928M در مواردی که آلیاژ دریایی منیزیم بالا مورد نیاز است خریداری می شود. محصولات نورد در نظر گرفته شده برای مخازن حامل کالاهای خطرناک از سری EN 14286 پیروی می کنند که آلیاژ، مزاج، خواص مکانیکی و الزامات تست را برای مواد پوسته تعریف می کند. صلاحیت روش جوشکاری معمولاً طبق استاندارد EN ISO 15614-2 برای جوشکاری قوس آلومینیومی یا AWS D1.2 انجام می‌شود که در آن پروژه طبق رویه آمریکایی مشخص شده است. الزامات سیستم سوخت و آتش سوزی در سطح خودرو، از جمله مفاد مخزن سوخت مقررات UNECE شماره. 34، در بالای این استانداردهای مواد اعمال می‌شود.

تست از یک توالی ثابت پیروی می کند. هر مخزن به صورت بصری بازرسی می‌شود و رنگ{1}}نفوذ بر روی درزهای حیاتی ASTM E1417 بررسی می‌شود، درزهای نفوذ کامل از نظر رادیوگرافی به ASTM E1032 بررسی می‌شوند، و مخزن نهایی با هوا زیر آب یا با روش گاز{5} ردیابی آزمایش می‌شود. نگه داشتن فشار هیدرواستاتیک یا پنوماتیک در 1.5 برابر فشار طراحی، آزمون پذیرش معمول برای مخازن تحت فشار است. بررسی‌های ابعادی روی پایه‌های نصب و موقعیت گردن پرکننده در آخر قرار می‌گیرند، زیرا اعوجاج جوشکاری چیزی است که اغلب مخزن را به بیرون از پوشش شاسی هل می‌دهد.

دمای سرویس پایدار نیز باید در نظر گرفته شود. در عمل مخازن تحت فشار، 5083 به طور کلی به حدود 65 درجه محدود می شود که در آن استحکام دمای بالا در درازمدت حاکم است، و 5052 به مقدار کمی بالاتر است. مخازن سوخت در سرویس‌های معمولی خودرو به خوبی در این محدوده‌ها باقی می‌مانند، اما محدودیت برای مخازن یکپارچه شده با مسیر اگزوز داغ یا گرمای محفظه موتور اهمیت دارد.

سوالات متداول

س: چرا 5052 H32 صفحه پیش فرض مخازن دیزل است؟
بهترین شکل پذیری آلیاژهای 5xxx قابل جوش را با حداقل بازده 193 مگاپاسکال و مقاومت قوی در برابر گازوئیل، نمک جاده و جو صنعتی با هزینه کمتر از 5083 ترکیب می کند.

س: چه زمانی باید 5083 H116 به جای آن استفاده شود؟
5083 H116 را برای پوسته های جوش داده شده بزرگ، مخازن تحت فشار یا خلاء، ریل و مخازن دریایی، یا جایی که محاسبه کد مستلزم حداقل قدرت تسلیم بالاتری نسبت به 5052 می باشد، انتخاب کنید.

س: کدام فلز پرکننده باید برای درزهای پوسته استفاده شود؟
ER5356 برای پوسته‌های 5052 و 5086 و ER5183 برای مقاطع ضخیم 5083 که در آن‌ها بالاترین استحکام جوشی مورد نیاز است. انتخاب پرکننده باید در روش جوشکاری واجد شرایط ثبت شود.

س: آیا مخزن آلومینیومی پس از آسیب قابل تعمیر است؟
بله. یک پوسته آلومینیومی ترک خورده یا سوراخ شده را می توان برش داد، آماده کرد و{1}}دوباره جوش داد، یا با یک صفحه وصله جوشکاری شده نصب کرد. مخزن باید قبل از هر کار داغ تخلیه، تخلیه و گاز تست شود.

س: چه ضخامت صفحه ای برای مخزن 1500 لیتری دیزل استفاده می شود؟
اکثر طرح ها از صفحه پوسته 3-5 میلی متری، دیواره های انتهایی 4-6 میلی متری و بافل های داخلی در گام 400-600 میلی متر استفاده می کنند که در برابر محاسبه فشار و خستگی برای چیدمان نصب خاص تأیید شده است.

س: آیا مخازن آلومینیومی به پوشش داخلی در برابر سوخت نیاز دارند؟
نه. سطوح تماس با سوخت معمولاً خالی می‌مانند زیرا آلیاژ در برابر ترکیبات دیزل و بنزین مقاومت می‌کند. پوشش تبدیل فقط در مناطق خارجی یا غیر تماسی برای اتصال و چسبندگی رنگ استفاده می شود.