鋁合金連接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

劉洪

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源緊缺、環(huán)境污染情況日益嚴(yán)重，作為全球制造業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)的汽車產(chǎn)業(yè)，面臨著節(jié)能減排的壓力。鋁合金以輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，逐步從航天領(lǐng)域進(jìn)入到汽車行業(yè)。目前，國內(nèi)大部分汽車制造廠家只是部分的應(yīng)用鋁合金材料以實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化。在部件連接方面，不僅存在鋁合金的同材連接，也存在大量鋁合金與高強(qiáng)鋼、鋁合金與其它輕質(zhì)金屬材料以及鋁合金與復(fù)合材料的異材連接。如何使得連接技術(shù)適用范圍廣泛且安全可靠，成為汽車制造過程中的重要發(fā)展方向。本文就鋁合金連接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用展開綜述分析，以期對汽車輕量化進(jìn)程中連接技術(shù)的發(fā)展有所推進(jìn)。

關(guān)鍵詞：鋁合金連接技術(shù)；汽車制造；應(yīng)用

一、鋁合金

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。目前鋁合金是應(yīng)用最多的合金。鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機(jī)械性能，物理性能和抗腐蝕性能。鋁合金作為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的主要材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)：重量輕，在滿足相同的使用條件時(shí)，鋁比鋼輕6g；改善了零件的加工工藝性能；鋁制零件不需作防銹處理；具有較強(qiáng)的吸能性；鋁合金材料回收比例比鋼材要高得多，回收再生所需能源卻比鋼材低得多。

二、鋁合金的應(yīng)用給汽車制造帶來的挑戰(zhàn)

在應(yīng)用鋁合金減輕車身重量的同時(shí)，對汽車焊接技術(shù)也帶來了挑戰(zhàn)。例如，如車身總成零件普遍采用的MIG/MAG焊將面臨以下難題：（1）采用鋁合金后，材料厚度比原來的更薄，易出現(xiàn)工件焊穿現(xiàn)象；（2）焊后更易變形；（3）鋁合金對熱輸人更為敏感，易出現(xiàn)焊接裂紋；（4）熱影響區(qū)母材強(qiáng)度易弱化；（5）鋼和鋁的異種金屬如何連接。因此，MIG/MAG焊、點(diǎn)焊、激光焊等作為車身制造的主要焊接工藝，已不能滿足鋁合金應(yīng)用的要求，必須要開發(fā)更先進(jìn)的焊接工藝或連接技術(shù)，才不會(huì)制約汽車輕量化的發(fā)展。

三、鋁合金連接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

（一）自沖鉚接工藝（SPR）的應(yīng)用

SPR工藝稱為自沖鉚接技術(shù)，通過液壓缸或伺服電機(jī)提供動(dòng)力將鉚釘直接壓入待鉚接板材，待鉚接板材在鉚釘?shù)膲毫ψ饔孟潞豌T釘發(fā)生塑性變形，成型后充盈于鉚模之中，從而形成穩(wěn)定連接的一種全新的板材連接技術(shù)。具體過程如為：鉚鼻首先壓住被鉚接板材，鉚釘被鉚桿施壓嵌入，穿透上層板材，并擴(kuò)張進(jìn)入下一層板材，而后鉚釘與板材一起擴(kuò)張，充滿鉚模，鉚釘腿部向四周翻開形成“鈕扣”，從而完成上下板材牢固的連接。常用于全鋁車身或者鋼鋁車身的連接。

（二）流鉆螺釘連接（FDS）的應(yīng)用

流鉆螺釘連接即通過螺釘?shù)母咚傩D(zhuǎn)軟化待連接板材，并在巨大的軸向壓力作用下擠壓并旋入待連接板材，最終在板材與螺釘之間形成螺紋聯(lián)接，而中心孔處的母材則被擠出并在下層板的底部形成一個(gè)環(huán)狀套管。流鉆螺釘可以用來連接包括超高強(qiáng)鋼、鋁鎂合金、復(fù)合材料在內(nèi)的任何材料及異種材料；可在較小變形的情況下實(shí)現(xiàn)單邊連接，使得連接更加方便。主要關(guān)鍵技術(shù)包括：流鉆螺釘連接工藝及接頭防腐技術(shù)、流鉆螺釘連接裝備的研究、流鉆螺釘材料的研究。目前FDS技術(shù)是固定螺釘和連接車身結(jié)構(gòu)的新型連接技術(shù)，主要用于鋁板之間、鋼板之間，或鋁板和鐵板之間的螺釘連接，未來全鋁車身的發(fā)展，將會(huì)使FDS得到更廣泛應(yīng)用。

（三）電阻焊技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前汽車車身的發(fā)展方向是“輕量、安全、節(jié)能”，為此鍍鋅鋼板、高強(qiáng)度鋼板、鋁合金、鎂合金等新材料越來越廣泛地應(yīng)用在車身制造中。普通的電阻焊無法滿足鋁合金板件的焊接，因此在國內(nèi)南京小原與上海通用凱迪拉克合作研發(fā)了一種用于鋁合金車身電阻焊的新工藝，此工藝采用一種特殊的電極帽，在伺服焊槍加壓時(shí)電極帽上的特殊紋理刺破鋁合金的氧化層，然后通過大電流，使鋁板融化，加壓保持，從而達(dá)到板件焊接的效果。但是這種焊接目前存在一定的弊端，電極帽的修磨比較頻繁，而且電極帽的壽命比傳統(tǒng)的電阻焊電極帽短很多，因此成本比較高。

（四）激光復(fù)合焊的應(yīng)用

激光復(fù)合焊是激光焊和MIG焊兩種方法同時(shí)作用于焊接區(qū)，激光束在焊縫垂直方向輸入熱量，同時(shí)MIG焊在后方熔化焊絲，也向焊縫輸入熱量。開始焊接時(shí)，MIG焊電源先形成電弧加熱工件，工件表面會(huì)揮發(fā)出大量的金屬蒸汽，從而使激光束的能量傳輸更加容易，形成揮發(fā)孔，順利將激光的所有能量傳到工件上。激光復(fù)合焊焊接過程穩(wěn)定，焊接速度快，形成的熔池大，搭橋能力好，具有很好的柔性和1_件的適應(yīng)性（如焊鋁）及經(jīng)濟(jì)性。

（五）攪拌摩擦焊（FSW）的應(yīng)用

攪拌摩擦焊（FSW）是一種在機(jī)械力和摩擦熱作用下的固相連接方法。攪拌摩擦焊過程中，一個(gè)柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉(zhuǎn)著緩慢插入被焊接工件，通過攪拌頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產(chǎn)生摩擦熱，攪拌頭鄰近區(qū)域的材料熱塑化。當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)著向前移動(dòng)時(shí)，熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉(zhuǎn)移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下，形成致密固相連接接頭。攪拌摩擦焊作為一種固相焊接方法，焊前工件無需嚴(yán)格的表面清理準(zhǔn)備要求，焊接過程中也無煙塵和飛濺，同時(shí)噪聲低。由于攪拌摩擦焊僅僅是靠焊頭旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)，逐步實(shí)現(xiàn)整條焊縫的焊接，所以比熔化焊甚至常規(guī)摩擦焊更節(jié)省能源。攪拌摩擦焊大多應(yīng)用于擠壓型材和較厚板材。

結(jié)束語：

綜上所述，隨著車型更新?lián)Q代加快和智能綠色制造的要求，鋁合金焊裝技術(shù)在汽車工業(yè)的應(yīng)用不斷加快。在汽車車身中采用鋁合金空間框架結(jié)構(gòu)，從目前來看，其制造成本較傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的要高，但其使用后的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良好，減輕車身質(zhì)量后，可大幅度降低能耗、減少排放。因此，鋁合金框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用于汽車制造，必將取得很大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)價(jià)值。焊接質(zhì)量是保障汽車質(zhì)量的一個(gè)重要方面，車身骨架的焊接質(zhì)量關(guān)系到乘員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。焊接工藝內(nèi)容很多，每一個(gè)細(xì)節(jié)都應(yīng)該合理適用才能保證焊接質(zhì)量，提高車身生產(chǎn)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]鋁合金在輕量化車身中的應(yīng)用及連接技術(shù)[J].宋筠毅，劉東陽，張正林，賈慶旭.上海汽車.2016（06）endprint