鋁點焊在新能源全鋁車身上的應用

孫輝 屈可飛

摘 要：隨著改革新時期的綠色理念的推廣，綠色環保的發展理念也逐漸滲入到汽車制造領域，新能源汽車的研發和面世能夠解決傳統燃油汽車帶來的環境污染，有效緩解全球能源匱乏及浪費的問題。本文著重分析了新能源汽車所采用的焊接技術，梳理鋁點焊在新能源全鋁車身上的應用，希望通過本文的研究能夠為今后新能源車身審查制造提供一定的理論支撐。

關鍵詞：新能源汽車;智能制造;焊接技術;全鋁車身

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.012

隨著人類生產生活水平的不斷提升，環境污染的問題也越來越嚴重，人們對于新能源汽車越來越青睞。中國制造2025以及我國工業4.0戰略的實施，新能源汽車制造產業得到了大力支持，新能源汽車因為電池能量密度等技術的要求和限制，汽車的裝備質量相較于傳統能源汽車提出了更高的要求，采用鋁合金材料，能夠有效的降低車身的重量，符合新能源汽車的發展趨勢。傳統的電阻方式焊接的成本較低、質量穩定，在傳統能源汽車生產領域應用十分廣泛，一般來說往往使用電阻點焊的方式完成鋼制車身的焊接。新能源汽車車身多采用超高強度鋼、鋁合金以及其他復合材料等，也引進了膠粘、激光焊接等連接技術。新能源全鋁車身的焊接質量直接關系著車輛的質量，如果焊接過程中虛焊或者過焊等情況的發生，將直接影響車輛的行駛安全和新能源汽車的推廣，因此對新能源全鋁車身的焊接質量提出了較高的要求。本文主要研究了全鋁車身焊接過程中的點焊工藝應用情況。

1 鋁合金焊接性能

一般來說，鋁合金的焊接需要考慮母材、焊接過程以及焊接工藝三個方面的內容。按照鋁合金成型方式的差異，可以將其分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。不同的鋁合金材料前度機制直接影響著車身點焊過程中的組織形成和焊接缺陷的形成過程。

鋁合金常用的熱處理工藝包括：

退火態：主要是為了消除鋁合金加工硬化和內應力的影響。

固溶處理加自然時效：通過加熱的方式讓可溶相溶解，然后急速冷卻，提升鋁合金的強度、硬度以及抗腐蝕性。

固溶處理加不安全人工時效：獲取高強度和高塑性的材料，此類材料的抗腐蝕性較低。

固溶處理加完全人工時效：產品強度較高，但是會降低抗腐蝕性和塑性。

固溶處理加穩定化回火：穩定鑄件的組織和尺寸，確保具有較高的力學性能。

2 全鋁車身的點焊

常見的焊接工藝設計主要包括板件搭接形式和工藝尺寸;焊接過程涉及焊接方法、焊接設備、焊前/焊后處理和工藝參數等，要完成全鋁車身的點焊，就必須充分考慮到鋁合金材料的特殊性和新能源汽車對焊接基礎提出的新要求。

鋁合金材料的散熱非常快，具有較高的電導率，焊接的過程中焊件和電極接觸的部分容易產生過熱的問題，導致焊件和電極粘合起來，增加焊接難度。在確定焊接方案之前，一定要確保在較短的時間內能夠形成優質熔核。點焊的過程中電流密度應該大于100A/mm?，是普通低碳鋼的2～3倍，電焊機的選擇應該選擇大功率設備。

全鋁車身點焊的過程中，有以下幾個關鍵點：首先應該重視鋁合金表面的狀態及清潔程度，在點焊進行之前必須進行表面清潔，去除表明面的鎂氧化物和鉻化物，點焊時要加強電極冷卻強度，確保電極和工件接觸的均勻;其次是點焊的過程中必須選擇質量過硬的點焊接頭;第三是要重視點焊接頭的質量檢測，可以采用傳統損傷性檢測和點線超聲測試法相結合的檢測方案。

3 鋁合金汽車車身電阻點焊的主要研究成果

（1）中頻直流焊機。采用這種點焊機的突出優勢在于它提供的能量能夠在不同厚度的板材時靈活切換，鋁點焊的過程中，能夠提升電流傳輸效率和利用率。

（2）交流焊機。采用交流焊機能夠均衡電極磨損情況，改善直流焊機存在的正負電極磨損不均衡的問題，有效延長電極的使用壽命，同時避免焊核的偏移。

（3）電極帽形狀改變。采用通用汽車公司的多環電極帽技術，能夠有效實現氧化膜的分割、壓碎，讓焊接過程更加順利。

（4）法國 ARO焊鉗設備商開發了一套利用電子伺服和壓力反饋實現變壓力焊接的鋁焊鉗，采用這套設備能夠減少因為焊接壓力不當而引起的焊件裂縫等問題。

（5）深圳鴻栢科技金螯焊鉗設備商開發了一套DSP逆變式直流點焊機使用了先進的IGBT逆變、全橋軟起動和DSP數字控制技術 ，頻率從50 Hz提升到10 kHz;變交流焊接為直流焊接，提高了焊接質量，擴大了焊接范圍，實現了對銅、鋁以及多種合金材料的焊接。

4 結論

在未來幾年內，全鋁車身的點焊技術研究和改進依舊是研究的熱點和重點，核心在于提升鋁合金材料的點焊強度，確保質量穩定，相信隨著鋁點焊的產業化發展，必然能夠進一步降低新能源汽車的生產制造成本。

參考文獻：

[1]韓玉琦，陳志偉，戴建明等.DSP逆變式懸掛直流點焊機的原理及其應用[J].電焊機，2011，41（05）：54-56.

[2]喬勇，楊建東，田春林等.新能源汽車動力電池組電阻點焊機研究[J].機械工程師，2017（01）：21-23.

[3]高書娜，鄧兆祥，胡玉梅.車身點焊連接有限元模擬方法研究[J].汽車工程，2008，30（09）：811-815.

[4]白維龍，常艷強.汽車車身焊接技術的現狀及發展趨勢[J].工程技術：文摘版，2017（01）：00234.

[5]中良.智能制造要求下的新能源汽車焊接技術[J].汽車工藝師， 2017（06）：8-9.

[6]王澤鵬，唱通，白正軍.激光焊接技術在新能源汽車電機制造領域的應用及發展[J].金屬加工（熱加工）熱加工，2015（04）：33-34.

[7]張同樂，陳德宏，周立好等.新能源純電動汽車車身柔性敏捷生產線：CN205496985U[P].2016.