車身常用輕量化材料的維修要點(diǎn)分析

陳 勇

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211188）

使用維修

車身常用輕量化材料的維修要點(diǎn)分析

陳 勇

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211188）

介紹了車身常用輕量化材料高強(qiáng)度鋼和鋁合金的特點(diǎn)和應(yīng)用情況。對(duì)高強(qiáng)度鋼板的焊接特性和加熱維修影響情況通過試驗(yàn)進(jìn)行了分析，得出了正確的維修建議；通過對(duì)鋁合金的特性分析和維修中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了在鋁合金維修中應(yīng)采取的修理工藝和方法。

車身；輕量化材料；維修要點(diǎn)

CLC NO.:U472.4Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)11-80-03

1、車身常用輕量化材料

輕量化材料是指可用來減輕汽車自重的材料,可分為兩大類:一類是高強(qiáng)度材料,如高強(qiáng)度鋼板；另一類是低密度的輕質(zhì)材料,如鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料等[1]。目前在車身中應(yīng)用較多的是高強(qiáng)度鋼和鋁合金。

1.1 高強(qiáng)度鋼

在當(dāng)今的汽車制造業(yè)中，車身材料的使用仍以鋼鐵為主，相對(duì)于其他的輕量化材料而言，高強(qiáng)度鋼板有著技術(shù)成熟、成本低廉的優(yōu)勢，在未來的汽車生產(chǎn)中，高強(qiáng)度板的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。

根據(jù)國際上對(duì)超輕鋼汽車的研究（ULSAB-AVC），把屈服強(qiáng)度小于210MPa的鋼稱為軟鋼，將屈服強(qiáng)度在210～550MPa范圍內(nèi)的鋼板稱為高強(qiáng)度鋼板，屈服強(qiáng)度大于550MPa的鋼板稱為超高強(qiáng)度鋼板。根據(jù)強(qiáng)化機(jī)理的不同又把高強(qiáng)度鋼板分為傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼（High Strength Steel，HSS)和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（Advanced High Strength Steel，AHSS）兩類。傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼種包括：無間隙原子鋼(Interstitial-free, IF)、各向同性(Isotropic, IS)、烘烤硬化鋼（Bake harden able，BH）、含磷（P）鋼、碳一錳鋼（Carbon-Manganese，CMn)、低合金高強(qiáng)度鋼（High Strength, Low Alloy, HSLA)。先進(jìn)高強(qiáng)度鋼即是金相組織強(qiáng)化的鋼種，包含相變誘導(dǎo)塑性鋼(Transformation-induced Plasticity, TRIP),復(fù)相鋼(Complex Phase，CP)、馬氏體鋼(Martensite, Mart)、雙相鋼(Dual Phase, DP)等。HSS和AHSS之間的主要區(qū)別在于其顯微組織。AHSS是多相鋼，組織中含有馬氏體、貝氏體以及足以產(chǎn)生獨(dú)特力學(xué)性能的殘余奧氏體[2]。

目前普遍應(yīng)用于車身的高強(qiáng)度鋼都是等厚鋼板，例如車頂、車門、行李箱蓋等部件要求具有抗變形剛度和抗凹陷性，主要使用抗拉強(qiáng)度為340～390MPa的BH鋼。隨著正面碰撞、側(cè)面碰撞的安全性標(biāo)準(zhǔn)的提高，結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件等主要使用

抗拉強(qiáng)度590MPa的高強(qiáng)度鋼板，也有些使用抗拉強(qiáng)度780MPa或980MPa的鋼板。圖1是日本某車型車身使用高強(qiáng)度鋼的情況[2]。

1.2 鋁合金

鋁合金是在汽車輕量化中應(yīng)用相對(duì)成熟的輕質(zhì)材料，在汽車上的使用呈逐年遞增的趨勢。局部或整體使用鋁合金的車型有很多，如寶馬、奧迪、沃爾沃、陸虎等。

汽車用鋁合金是根據(jù)日本的JISH4000標(biāo)準(zhǔn)來劃分的，從1000到7000進(jìn)行的分類，用于汽車車身板的鋁合金主要有Al-Cu-Mg（2000系）、Al-Mg（5000系）、Al-Mg-Si（6000系）。

2、高強(qiáng)度鋼板的維修要點(diǎn)分析

現(xiàn)在很多轎車車身，一方面為了降輕汽車的重量，另一方面為了提高某些部件的強(qiáng)度，提高安全性，高強(qiáng)度鋼板在車身上的應(yīng)用越來越多。然而，強(qiáng)度高和重量輕這些特性卻給汽車修理業(yè)帶來了一些難題。當(dāng)高強(qiáng)度鋼板受到碰撞而變形時(shí)，它比低碳鋼更難修復(fù)到原來的形狀。在常規(guī)的修理過程中，需要采用加熱的方法來釋放拉伸應(yīng)力或焊接新的零部件。使用高強(qiáng)度鋼以后，這種加熱需要受到嚴(yán)格控制，或者根本就不能加熱，否則會(huì)對(duì)零部件造成結(jié)構(gòu)上的損害，使其失去高強(qiáng)度，留下了極大的安全隱患[3]。

2.1 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接的影響

針對(duì)高強(qiáng)度鋼板切割和焊接后鋼板抗拉強(qiáng)度的變化情況，通過試驗(yàn)進(jìn)行了分析。

試驗(yàn)方法：分別對(duì)強(qiáng)度為980MPA和590MPA的鋼板實(shí)施切割和焊接后，并對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行抗拉強(qiáng)度的拉伸測試。

試驗(yàn)結(jié)果：980MPA的超高強(qiáng)度鋼板在采取二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊切接焊接技術(shù)作業(yè)后，強(qiáng)度降低了22%，而590MPA的高強(qiáng)度鋼板在連續(xù)焊接作業(yè)后強(qiáng)度保持不變。

試驗(yàn)結(jié)論：為確保修復(fù)之后的品質(zhì)，禁止對(duì)980MPA以上的超高強(qiáng)度鋼板實(shí)施切接焊接技術(shù)，應(yīng)參考車身損傷維修手冊(cè)，實(shí)施總成更換形式。

2.2 加熱維修的影響

針對(duì)高強(qiáng)度鋼板加熱后性能變化情況，通過試驗(yàn)進(jìn)行了分析。

試驗(yàn)?zāi)康模罕容^切接更換方法及加熱維修方法對(duì)修復(fù)后的車輛發(fā)生再次碰撞時(shí)的安全性。

試驗(yàn)形式：針對(duì)兩輛同型號(hào)的車輛都發(fā)生前縱梁折曲損傷的情況，分別采用切接更換法和加熱維修法修復(fù)，然后將經(jīng)過切接更換法和加熱維修法修復(fù)后的兩輛車再次以20km/h速度撞向水泥墻。

試驗(yàn)結(jié)果：通過加熱維修法修復(fù)后的車輛變形情況明顯比切接更換方法維修修復(fù)后的車輛嚴(yán)重，降低了車輛碰撞安全性，同時(shí)增加了車輛發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部件的受損機(jī)率，導(dǎo)致維修費(fèi)用的增加。

試驗(yàn)結(jié)論：嚴(yán)格禁止對(duì)由高強(qiáng)度鋼板（HSS）構(gòu)成的板件（如車身骨架鋼板）進(jìn)行加熱維修，應(yīng)采用切接更換方式作業(yè)。

同時(shí)本試驗(yàn)也證明了加熱會(huì)使高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)度降低，因此我們?cè)诰S修高強(qiáng)度鋼板時(shí)焊接只能用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，不能使用氧乙炔焊；進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)應(yīng)采用冷切割或等離子弧切割。因?yàn)檠跻胰埠附雍颓懈顭嵊绊憛^(qū)要比二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和等離子弧切割大。

3、鋁合金板的維修要點(diǎn)分析

鋁合金板與鋼板相比特性有顯著的變化，我們?cè)诰S修中一定要考慮到這些變化從而調(diào)整我們的修理工藝和方法。

3.1 鋁合金的基本特性

鋁合金具有以下的基本特性：①鋁合金的比重輕，僅為鋼鐵材料的1/3左右，純鋁的比重為2.68g/cm3；②強(qiáng)度高，延性、塑性好，且可以通過熱處理改變其力學(xué)性能，并具有良好的低溫性能；③加工工藝性能好，可鑄造、鍛造、焊接、軋制、沖壓成形，類同于鋼；④具有良好的抗蝕性，可以生成致密的氧化膜，即使在酸性介質(zhì)中也具有良好的耐蝕性；⑥具有高的彈性，并且無磁、無毒、無火花放電；⑤易于涂裝且表面可以精飾；⑦可以回收，循環(huán)使用，是很好的綠色材料；⑧具有高的彈性變形性能。

3.2 維修要點(diǎn)分析

針對(duì)鋁合金的基本特性，與鋼板維修相比我們應(yīng)在以下幾個(gè)方面改進(jìn)我們的修理工藝和方法。

（1）鋁合金熱傳導(dǎo)性是普通鋼板的4倍，因此我們?cè)阡摪寰S修中使用的銅極縮火作業(yè)在鋁合金板上無法實(shí)施，應(yīng)用碳棒對(duì)其進(jìn)行縮火作業(yè)。

（2）修理鋼板時(shí)，必須盡量避免加熱，以免降低鋼的強(qiáng)度。而修理鋁合金板時(shí)，必須利用加熱的方法來恢復(fù)加工硬化時(shí)降低的可塑性。

如果不加熱和溫度不到位，當(dāng)矯正力施加到鋁板上時(shí)，便會(huì)引起受力部位開裂。

注意：加熱時(shí)，應(yīng)避免加熱過度，導(dǎo)致鋁合金鋼板融化。鋁合金板合理的加熱維修溫度范圍為200～300度。

（3）打磨鋁合金表面時(shí)，應(yīng)特別小心操作。不僅要防止高速旋轉(zhuǎn)的砂輪燒穿柔軟的鋁合金，還要防止打磨過程中產(chǎn)生的熱量會(huì)迅速使鋁合金彎曲。要降低磨削設(shè)備的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生潤滑效應(yīng)；并且要注意不得使用粗的磨削顆粒，應(yīng)使用≥80#的砂紙。

（4）要防止鋁合金板的電化學(xué)腐蝕。作業(yè)時(shí)，應(yīng)選用新砂紙，避免舊砂紙表面的鐵屑?xì)埩粲阡X合金鋼板表面；敲擊修理前，須徹底清潔手錘和頂鐵表面，或?qū)⒁惶坠ぞ邌为?dú)留作鋁合金板專用。

（5）由于鋁合金具有高導(dǎo)熱率，由電流和接觸電阻產(chǎn)生的熱量迅速分散。這意味著點(diǎn)焊不適合用于鋁合金板件的焊接，點(diǎn)焊鋁合金時(shí)，要求有一萬安培以上的極大電流，因此必須采用惰性氣體保護(hù)焊來焊接鋁合金車身板件。

由于在焊接過程中的退火作用，焊接處的強(qiáng)度損失較大。修復(fù)后，車輛自身振動(dòng)和行駛的顛簸會(huì)造成焊接處產(chǎn)生裂紋。所以，鋁合金車身修復(fù)中一般很少采用焊接的方式（少數(shù)生產(chǎn)廠家也允許采用焊接方法），而通常是采用粘接或粘接、鉚接共用的方式。但焊接在鋁合金車身修復(fù)中也并不是可有可無的。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)件更換時(shí)，通常需要在結(jié)構(gòu)件之間使用焊接的方法，以增強(qiáng)車輛的整體性和導(dǎo)電性。鋁合金焊接作業(yè)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

①選取與母材相同的鋁焊絲，同時(shí)焊絲直徑選擇合適，1.0mm厚的鋁板使用直徑在0.6mm至0.8mm之間的焊絲效果比較好；②焊接時(shí)，應(yīng)采用分段間歇焊接法，避免鋁合金板過熱融穿；焊槍作業(yè)角度應(yīng)控制在10-15度之間，以達(dá)到良好的冷卻和隔離效果；③為了達(dá)到良好的空氣隔離及冷卻效果，保護(hù)氣體應(yīng)采用100%氬氣；④正式焊接前，應(yīng)打磨裸露鋁合金面板上的氧化膜，避免二氧化碳焊接時(shí)起弧不良等現(xiàn)象；⑤鋁合金板散熱性較強(qiáng)，如發(fā)生滲透不足現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)調(diào)高電流檔位，以獲得適當(dāng)?shù)娜谏睢?/p>

（6）鋁合金車身的構(gòu)件大部分是通過粘接或粘接、鉚接共用的方式連接在一起的。所以，更換鋁質(zhì)板件應(yīng)嚴(yán)格按照廠家的技術(shù)要求，選用原廠提供的零部件或總成，正確選擇切接位置和連接方式。

4、結(jié)束語

以上對(duì)于車身用高強(qiáng)度鋼板和鋁合金材料的維修要點(diǎn)分析，希望能有助于車身維修工作人員的學(xué)習(xí)和在工作中應(yīng)用，從而不斷提高事故車的維修質(zhì)量。

[1] 黃宜松、陳吉清、龍江啟．車身輕量化材料的應(yīng)用進(jìn)展[J]．中國制造業(yè)信息化，2009（10）：74.

[2] 王宏雁、陳君毅．汽車車身輕量化結(jié)構(gòu)與輕質(zhì)材料[M]．北京：北京大學(xué)出版社，2009：24，28.

[3] 陳勇．防碰撞車身結(jié)構(gòu)與維修中注意的問題分析[J]．汽車維護(hù)與修理，2007（6）：70～71.

[4] 豐田汽車內(nèi)部培訓(xùn)資料.

Repair Points of Lightweight Car Body Materials

Chen Yong
（Nanjing Communication Technology Institute, Jiangsu Nanjing 211188）

This paper introduces the characteristics and application of high strength steel and aluminum alloy. Through the experiment analysis of the high strength steel welding properties and heating effect, obtains correct repair advice. Based on the analysis of the characteristics and Repair experience of aluminum alloy, was raised in aluminum alloy repair should be done in the repair technology and method.

Car Body; Lightweight; Repair

U472.4

B

1671-7988(2014)11-80-03

陳勇，講師，碩士，目前從事高校教學(xué)工作，研究方向汽車運(yùn)用技術(shù)。