鋁合金連接技術在汽車制造中的應用

劉洪

摘要：隨著社會經濟的發(fā)展，能源緊缺、環(huán)境污染情況日益嚴重，作為全球制造業(yè)支柱產業(yè)的汽車產業(yè)，面臨著節(jié)能減排的壓力。鋁合金以輕質高強的特點，逐步從航天領域進入到汽車行業(yè)。目前，國內大部分汽車制造廠家只是部分的應用鋁合金材料以實現汽車的輕量化。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鋼、鋁合金與其它輕質金屬材料以及鋁合金與復合材料的異材連接。如何使得連接技術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在汽車制造中的應用展開綜述分析，以期對汽車輕量化進程中連接技術的發(fā)展有所推進。

關鍵詞：鋁合金連接技術；汽車制造；應用

一、鋁合金

鋁合金是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已大量應用。工業(yè)經濟的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結構件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。目前鋁合金是應用最多的合金。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性，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械性能，物理性能和抗腐蝕性能。鋁合金作為實現汽車輕量化的主要材料，具有以下優(yōu)點：重量輕，在滿足相同的使用條件時，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、鋁合金的應用給汽車制造帶來的挑戰(zhàn)

在應用鋁合金減輕車身重量的同時，對汽車焊接技術也帶來了挑戰(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，易出現工件焊穿現象；（2）焊后更易變形；（3）鋁合金對熱輸人更為敏感，易出現焊接裂紋；（4）熱影響區(qū)母材強度易弱化；（5）鋼和鋁的異種金屬如何連接。因此，MIG/MAG焊、點焊、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用的要求，必須要開發(fā)更先進的焊接工藝或連接技術，才不會制約汽車輕量化的發(fā)展。

三、鋁合金連接技術在汽車制造中的應用

（一）自沖鉚接工藝（SPR）的應用

SPR工藝稱為自沖鉚接技術，通過液壓缸或伺服電機提供動力將鉚釘直接壓入待鉚接板材，待鉚接板材在鉚釘的壓力作用下和鉚釘發(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。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，并擴張進入下一層板材，而后鉚釘與板材一起擴張，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）的應用

流鉆螺釘連接即通過螺釘的高速旋轉軟化待連接板材，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環(huán)狀套管。流鉆螺釘可以用來連接包括超高強鋼、鋁鎂合金、復合材料在內的任何材料及異種材料；可在較小變形的情況下實現單邊連接，使得連接更加方便。主要關鍵技術包括：流鉆螺釘連接工藝及接頭防腐技術、流鉆螺釘連接裝備的研究、流鉆螺釘材料的研究。目前FDS技術是固定螺釘和連接車身結構的新型連接技術，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，將會使FDS得到更廣泛應用。

（三）電阻焊技術的應用

當前汽車車身的發(fā)展方向是“輕量、安全、節(jié)能”，為此鍍鋅鋼板、高強度鋼板、鋁合金、鎂合金等新材料越來越廣泛地應用在車身制造中。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）激光復合焊的應用

激光復合焊是激光焊和MIG焊兩種方法同時作用于焊接區(qū)，激光束在焊縫垂直方向輸入熱量，同時MIG焊在后方熔化焊絲，也向焊縫輸入熱量。開始焊接時，MIG焊電源先形成電弧加熱工件，工件表面會揮發(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_件的適應性（如焊鋁）及經濟性。

（五）攪拌摩擦焊（FSW）的應用

攪拌摩擦焊（FSW）是一種在機械力和摩擦熱作用下的固相連接方法。攪拌摩擦焊過程中，一個柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉著緩慢插入被焊接工件，通過攪拌頭的高速旋轉，使其和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產生摩擦熱，攪拌頭鄰近區(qū)域的材料熱塑化。當攪拌頭旋轉著向前移動時，熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產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，焊前工件無需嚴格的表面清理準備要求，焊接過程中也無煙塵和飛濺，同時噪聲低。由于攪拌摩擦焊僅僅是靠焊頭旋轉并移動，逐步實現整條焊縫的焊接，所以比熔化焊甚至常規(guī)摩擦焊更節(jié)省能源。攪拌摩擦焊大多應用于擠壓型材和較厚板材。

結束語：

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，鋁合金焊裝技術在汽車工業(yè)的應用不斷加快。在汽車車身中采用鋁合金空間框架結構，從目前來看，其制造成本較傳統(tǒng)鋼結構的要高，但其使用后的經濟效益和社會效益良好，減輕車身質量后，可大幅度降低能耗、減少排放。因此，鋁合金框架結構應用于汽車制造，必將取得很大的經濟效益和良好的社會價值。焊接質量是保障汽車質量的一個重要方面，車身骨架的焊接質量關系到乘員的生命和財產安全。焊接工藝內容很多，每一個細節(jié)都應該合理適用才能保證焊接質量，提高車身生產水平。

參考文獻：

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