鋁合金弧焊工藝在輕量化車身上的應用研究

但召杉 齊鮮紅

摘要：鋁合金弧焊工藝在輕量化車身上具備顯著的應用價值，基于鋁合金自身的特點，需要完善工藝流程，切實發揮出鋁合金弧焊工藝的應用價值。本文首先分析了鋁合金的特點，同時闡述了鋁合金弧焊工藝，最后總結了鋁合金弧焊工藝在輕量化車身上的應用研究，僅供參考。

關鍵詞：鋁合金弧焊工藝；輕量化車身；應用研究

鋁合金弧焊工藝能夠打造輕量化車身，這類車身結構與腳手架相似，通過累計零件，可保障輸入熱度的持續性，強化尺寸控制，合理調節材料參數、焊接接頭、設備參數，可保障工裝設計質量。本文主要闡述、探討鋁合金弧焊工藝在輕量化車身上的應用，詳細研究如下。

1 鋁合金的特點

純鋁密度為2.7g/cm?，是鐵的1/3，熔點較低一般在660℃。鋁合金密度較低，強度相對較高，與優質鋼接近，因此鋁合金的塑性較好，能夠加工成各種類型的材料。鋁合金具備很好的導電性、導熱性、抗腐蝕性，被廣泛應用在各類焊接結構的產品中，應用鋁合金替代鋼板材料進行焊接，可減輕結構質量50.0%以上。

鋁合金特點主要包括：易氧化，在常溫下鋁表面會形成一道密度較高的三氧化二鋁薄膜，這層薄膜能夠阻止金屬氧化，可實現材料防腐，但會增加焊接難度。導熱系數比熱容更大，鋁導熱系數為鋼的四倍，為獲得高質量的焊接接頭，需要選擇能量集中、功率大的熱源。鋁易形成燒穿、塌陷等缺陷。焊接很容易出現氣孔，氧氣空居多。線膨脹系數較大，會導致焊接變形。

2 鋁合金弧焊工藝

鋁合金弧焊工藝能夠打造輕量化車身，這類車身結構與腳手架相似，通過累計零件，可保障輸入熱度的持續性，強化尺寸控制，合理調節材料參數、焊接接頭、設備參數，可保障工裝設計質量。目前應用的鋁合金弧焊工藝，包括：鋁電焊接、SPR自沖鉚接、FDS熱融自攻、鋁合金弧焊，詳細分析如下。

2.1 鋁電焊接

鋁與碳鋼相比，鋁合金焊接需要大電流、短時間、多脈沖電極壓力，鋁點焊對焊機、變壓器、焊槍均有較高的要求。大電流會產生很大的磁場，對信號防干擾、工裝防磁提出了很高的要求。目前鋁合金點焊主要應用在外資高端車型中，常見的包括：特斯拉、凱迪拉克等。

2.2 SPR自沖鉚接

SPR自沖鉚接通過液壓缸、伺服電動機，會直接將鉚釘壓入到待連接板材，在壓力作用下，會導致鉚釘出現塑性形變，在成型后會充盈到鉚模中，以此形成一種全新的板材冷連接技術，可保障連接的穩定性。SPR自沖鉚接最大的應用優點在于，能夠實現不同板材、不同厚度連接，且連接強度較高。在設備選型、生產線規劃階段，對板材結構、板材組合、板材設計提出了很高的要求。SPR自沖鉚接一般應用在高端車型設計中，比如：路虎、凱迪拉克。

2.3 FDS熱融自攻

FDS熱融自攻鉚接系統，通過借助螺釘的高速旋轉軟化待連接的板材，在巨大的軸向壓力作用下，可旋如待連接的板材，在板材與螺釘之間形成螺紋連接。就中心孔洞位置，會將母材擠出，在下層板底部形成一個環狀套管。

2.4 鋁合金弧焊

使用大功率的焊接電源，會破壞鋁表面的氧化層，導致脈沖出現。目前較為成熟的鋁合金弧焊，為SAF-FEO、CMT脈沖焊接技術。

3 鋁合金弧焊工藝在輕量化車身上的應用研究

基于鋁合金特點基礎上，參照鋁合金弧焊工藝，強化鋁合金弧焊工藝在輕量化車身上的應用研究，詳細分析如下。

3.1 母材

常型材、鈑金材料多為5系、6系，板材的搭建厚度需要控制在1.5mm，避免影響焊接強度。就鑄件、型材、鈑金件的連接，需要綜合考慮氣孔問題，采取有效措施，避免焊接不良的現象出現，筆者認為一般不使用弧焊焊接工藝。若使用進口材料、真空壓鑄工藝，將無法保障焊接質量，會增加制造成本。針對1mm以下的鈑金焊接，在其焊接階段極易發生焊穿，嚴重的話還會導致反面鼓泡，不僅影響車身設計美觀性，還影響工裝設計質量。

3.2 設備選擇

機器人自動焊接系統，應用的是大功率的加推拉絲焊槍，比如：DIGIWAVE SAF-500，系統自備有追蹤功能，可實時追蹤焊接電流、電壓、熱輸入等參數。在制造階段，能夠完善焊接工藝指導書，以此滿足焊接需求。首先，在焊接制造中，通過選擇SAF-FRO冷雙脈沖功能，在鋁合金車身焊接階段，針對一些不規則焊接縫，能夠實現熱輸入的有效控制，以此強化熔池管控。其次，鋁合金焊接階段，診斷起弧收弧問題，SAF-FRO熱起弧功能、數字化收弧等，能夠保障焊縫的熔深性，將起弧率控制在100%，以此保障電弧的穩定性。收弧階段，通過填充飽滿焊縫，能夠保障焊絲削球的理想性。

3.3 焊接結構

車身大面積使用型材連接，一般選擇角接、塔接，這類焊接形式會出現短焊縫，無法保障焊縫質量。在設計前通過開展相應的強度實驗，論證焊縫質量與強度，一般情況下，將焊縫長度控制自2cm。由于設計的型材過多，進而導致焊縫位置變化，焊槍無法及時進槍，進而增加工裝設計難度。通過轉換變位機角度，才可保障焊接質量，保障工藝施工的優良性。在設計階段，應當綜合考慮各類因素，合理設置焊接結構。

3.4 工裝設計

鋁合金焊接熱輸入相對較大，一般會產生1mm-2mm的收縮變形。在開展工裝結構設計階段，需要采取有效措施，最大程度避免工字型焊接結構的出現，盡量選擇口子型封閉結構。就零件連接位置接縫處，應當將焊接縫控制在1mm以內，以此保障焊接質量。在車身尺寸鏈設計階段，最好將設計時間間隙控制在0，通過連接兩個零件的正負公差，以此保障搭接間隙的合理性與科學性。應當統一工裝基準，強化尺寸掌控，健全車身結構。就夾具定位支撐面，需要借助U形結構定位。就車身精度，一旦發現焊接變形，應當摒棄常規測量尺寸，強化功能尺寸保護。

4 結束語

綜上所述，鋁合金弧焊工藝在輕量化車身上的應用，對零件清潔度、零件生產環境溫度/濕度、零件生產周期提出了很高的要求。在進行焊接前，需要進行限時打磨處理，就零部件中的粉塵與煙塵需要進行防爆處理。通過焊接工裝，強化尺寸、應力管控，開展統籌考慮，可攻克鋁合金弧焊工藝在輕量化車身上的應用難點，突破技術限制，以此推動相關行業的發展。

參考文獻

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（作者單位：中國三安建設集團有限公司）