車身常用輕量化材料的維修要點分析

陳 勇

（南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188）

使用維修

車身常用輕量化材料的維修要點分析

陳 勇

（南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188）

介紹了車身常用輕量化材料高強度鋼和鋁合金的特點和應用情況。對高強度鋼板的焊接特性和加熱維修影響情況通過試驗進行了分析，得出了正確的維修建議；通過對鋁合金的特性分析和維修中的實踐經驗，提出了在鋁合金維修中應采取的修理工藝和方法。

車身；輕量化材料；維修要點

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:一類是高強度材料,如高強度鋼板；另一類是低密度的輕質材料,如鋁合金、鎂合金、塑料和復合材料等[1]。目前在車身中應用較多的是高強度鋼和鋁合金。

1.1 高強度鋼

在當今的汽車制造業中，車身材料的使用仍以鋼鐵為主，相對于其他的輕量化材料而言，高強度鋼板有著技術成熟、成本低廉的優勢，在未來的汽車生產中，高強度板的應用將進一步擴大。

根據國際上對超輕鋼汽車的研究（ULSAB-AVC），把屈服強度小于210MPa的鋼稱為軟鋼，將屈服強度在210～550MPa范圍內的鋼板稱為高強度鋼板，屈服強度大于550MPa的鋼板稱為超高強度鋼板。根據強化機理的不同又把高強度鋼板分為傳統高強度鋼（High Strength Steel，HSS)和先進高強度鋼（Advanced High Strength Steel，AHSS）兩類。傳統高強度鋼種包括：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)、低合金高強度鋼（High Strength, Low Alloy, HSLA)。先進高強度鋼即是金相組織強化的鋼種，包含相變誘導塑性鋼(Transformation-induced Plasticity, TRIP),復相鋼(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、貝氏體以及足以產生獨特力學性能的殘余奧氏體[2]。

目前普遍應用于車身的高強度鋼都是等厚鋼板，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，主要使用抗拉強度為340～390MPa的BH鋼。隨著正面碰撞、側面碰撞的安全性標準的提高，結構件、加強件等主要使用

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

1.2 鋁合金

鋁合金是在汽車輕量化中應用相對成熟的輕質材料，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日本的JISH4000標準來劃分的，從1000到7000進行的分類，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、高強度鋼板的維修要點分析

現在很多轎車車身，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度，提高安全性，高強度鋼板在車身上的應用越來越多。然而，強度高和重量輕這些特性卻給汽車修理業帶來了一些難題。當高強度鋼板受到碰撞而變形時，它比低碳鋼更難修復到原來的形狀。在常規的修理過程中，需要采用加熱的方法來釋放拉伸應力或焊接新的零部件。使用高強度鋼以后，這種加熱需要受到嚴格控制，或者根本就不能加熱，否則會對零部件造成結構上的損害，使其失去高強度，留下了極大的安全隱患[3]。

2.1 二氧化碳氣體保護焊焊接的影響

針對高強度鋼板切割和焊接后鋼板抗拉強度的變化情況，通過試驗進行了分析。

試驗方法：分別對強度為980MPA和590MPA的鋼板實施切割和焊接后，并對焊接區域進行抗拉強度的拉伸測試。

試驗結果：980MPA的超高強度鋼板在采取二氧化碳氣體保護焊切接焊接技術作業后，強度降低了22%，而590MPA的高強度鋼板在連續焊接作業后強度保持不變。

試驗結論：為確保修復之后的品質，禁止對980MPA以上的超高強度鋼板實施切接焊接技術，應參考車身損傷維修手冊，實施總成更換形式。

2.2 加熱維修的影響

針對高強度鋼板加熱后性能變化情況，通過試驗進行了分析。

試驗目的：比較切接更換方法及加熱維修方法對修復后的車輛發生再次碰撞時的安全性。

試驗形式：針對兩輛同型號的車輛都發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，然后將經過切接更換法和加熱維修法修復后的兩輛車再次以20km/h速度撞向水泥墻。

試驗結果：通過加熱維修法修復后的車輛變形情況明顯比切接更換方法維修修復后的車輛嚴重，降低了車輛碰撞安全性，同時增加了車輛發動機艙內部件的受損機率，導致維修費用的增加。

試驗結論：嚴格禁止對由高強度鋼板（HSS）構成的板件（如車身骨架鋼板）進行加熱維修，應采用切接更換方式作業。

同時本試驗也證明了加熱會使高強度鋼板的強度降低，因此我們在維修高強度鋼板時焊接只能用二氧化碳氣體保護焊，不能使用氧乙炔焊；進行切割作業時應采用冷切割或等離子弧切割。因為氧乙炔焊接和切割熱影響區要比二氧化碳氣體保護焊和等離子弧切割大。

3、鋁合金板的維修要點分析

鋁合金板與鋼板相比特性有顯著的變化，我們在維修中一定要考慮到這些變化從而調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強度高，延性、塑性好，且可以通過熱處理改變其力學性能，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 維修要點分析

針對鋁合金的基本特性，與鋼板維修相比我們應在以下幾個方面改進我們的修理工藝和方法。

（1）鋁合金熱傳導性是普通鋼板的4倍，因此我們在鋼板維修中使用的銅極縮火作業在鋁合金板上無法實施，應用碳棒對其進行縮火作業。

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

如果不加熱和溫度不到位，當矯正力施加到鋁板上時，便會引起受力部位開裂。

注意：加熱時，應避免加熱過度，導致鋁合金鋼板融化。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，應特別小心操作。不僅要防止高速旋轉的砂輪燒穿柔軟的鋁合金，還要防止打磨過程中產生的熱量會迅速使鋁合金彎曲。要降低磨削設備的轉速，轉速過高時會產生潤滑效應；并且要注意不得使用粗的磨削顆粒，應使用≥80#的砂紙。

（4）要防止鋁合金板的電化學腐蝕。作業時，應選用新砂紙，避免舊砂紙表面的鐵屑殘留于鋁合金鋼板表面；敲擊修理前，須徹底清潔手錘和頂鐵表面，或將一套工具單獨留作鋁合金板專用。

（5）由于鋁合金具有高導熱率，由電流和接觸電阻產生的熱量迅速分散。這意味著點焊不適合用于鋁合金板件的焊接，點焊鋁合金時，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，焊接處的強度損失較大。修復后，車輛自身振動和行駛的顛簸會造成焊接處產生裂紋。所以，鋁合金車身修復中一般很少采用焊接的方式（少數生產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中也并不是可有可無的。在進行結構件更換時，通常需要在結構件之間使用焊接的方法，以增強車輛的整體性和導電性。鋁合金焊接作業應注意以下事項：

①選取與母材相同的鋁焊絲，同時焊絲直徑選擇合適，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，應采用分段間歇焊接法，避免鋁合金板過熱融穿；焊槍作業角度應控制在10-15度之間，以達到良好的冷卻和隔離效果；③為了達到良好的空氣隔離及冷卻效果，保護氣體應采用100%氬氣；④正式焊接前，應打磨裸露鋁合金面板上的氧化膜，避免二氧化碳焊接時起弧不良等現象；⑤鋁合金板散熱性較強，如發生滲透不足現象，應及時調高電流檔位，以獲得適當的融深。

（6）鋁合金車身的構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，更換鋁質板件應嚴格按照廠家的技術要求，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、結束語

以上對于車身用高強度鋼板和鋁合金材料的維修要點分析，希望能有助于車身維修工作人員的學習和在工作中應用，從而不斷提高事故車的維修質量。

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

[2] 王宏雁、陳君毅．汽車車身輕量化結構與輕質材料[M]．北京：北京大學出版社，2009：24，28.

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

[4] 豐田汽車內部培訓資料.

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，目前從事高校教學工作，研究方向汽車運用技術。