鋁點(diǎn)焊在新能源全鋁車身上的應(yīng)用

陳安新

（濟(jì)寧市技師學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272000）

汽車是當(dāng)今現(xiàn)代化社會(huì)中的主要交通工具，為人類的出行和運(yùn)輸?shù)裙ぷ鲙砹藰O大的便利，因此隨著各種現(xiàn)代化技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)，為汽車制造與生產(chǎn)行業(yè)提供了發(fā)展機(jī)遇。環(huán)節(jié)污染與能源消耗問題是目前人類社會(huì)面臨的主要問題，所有為減少汽車對(duì)燃油的消耗以及降低尾氣排放量，汽車車身的制造逐漸由較為沉重的鋼鐵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為輕量化的鋁材料，到目前為止，現(xiàn)有的大部分車輛均是由鋁材料制造的，但是與此同時(shí)，鋁材料在汽車車身上的廣泛應(yīng)用，也給焊接工藝帶來了挑戰(zhàn)，原因是鋁合金的強(qiáng)度小，易發(fā)生變形，且鋁合金對(duì)熱輸入較為敏感，一旦焊接溫度過高就極易出現(xiàn)焊接裂紋，甚至出現(xiàn)焊穿的現(xiàn)象[1]。

在此背景下，全鋁汽車車身的焊接就不能采用傳統(tǒng)焊接方法，目前全鋁車身的焊接工藝主要有MIG/MAG焊、點(diǎn)焊以及激光焊等工藝。

本次研究針對(duì)其中的點(diǎn)焊技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析與探討。本研究主要分為兩部分，前一部分對(duì)鋁點(diǎn)焊工藝相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，后一部分對(duì)其應(yīng)用流程進(jìn)行描述。

1 鋁點(diǎn)焊工藝原理與應(yīng)用分析

1.1 鋁點(diǎn)焊工藝應(yīng)用原理研究

圖1 鋁點(diǎn)焊工藝原理示意圖

點(diǎn)焊是指焊接時(shí)利用柱狀電極，在兩塊搭接工件接觸面之間形成焊點(diǎn)的焊接方法，而鋁點(diǎn)焊就是專門針對(duì)鋁制材料進(jìn)行焊接的點(diǎn)焊方法，其原理是利用點(diǎn)焊機(jī)發(fā)出的電極對(duì)鋁材料施加壓力并保持一段施壓時(shí)間，使得鋁材料之間能夠穩(wěn)定接觸，然后電焊機(jī)輸出電流，使之通過被焊接位置，并產(chǎn)生熱量，直到焊接點(diǎn)完全融化，鋁材料之間牢固的焊接在一起，成為一體，如圖1所示[2]。

鋁點(diǎn)焊工藝與其它用于全鋁車身焊接的技術(shù)相比，具有的特點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面：①由于導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容高，所以能夠快速導(dǎo)熱和導(dǎo)電；②鋁的膨脹系數(shù)是鋼鐵材料的2倍左右，而收縮率卻僅為鋼鐵材料的60%左右，所以不易產(chǎn)生焊接裂紋；③由于鋁在液態(tài)時(shí)易于溶解氫，所以在加熱冷卻過程中不宜形成氣孔，焊接質(zhì)量較高；④鋁在焊接時(shí)焊接點(diǎn)以及周圍不會(huì)發(fā)生明顯的顏色變化，所以降低了焊接工作者的工作難度[3]。

1.2 鋁點(diǎn)焊工藝應(yīng)用分析

鋁點(diǎn)焊工藝在新能源全鋁車身焊接上發(fā)揮了重要作用，其具體過程如下。

（1）焊接準(zhǔn)備工作。鋁點(diǎn)焊工藝與其它焊接工藝最大的區(qū)別在于在焊接之前需要有一個(gè)嚴(yán)格的準(zhǔn)備過程，準(zhǔn)備過程完成度越高，其后的焊接質(zhì)量就越高。鋁點(diǎn)焊工藝的準(zhǔn)備工作主要包括兩個(gè)方面：清除污染物與清除氧化膜[4]。

清除污染物：焊接材料長期暴露在外部環(huán)境中，無法保證其清潔度，所以需要在Na3PO4、Na2CO3、Na2SiO3、H2O等混合溶液中浸泡6～10min。浸泡結(jié)束后，還需要先到30℃左右的溫水中沖洗，然后在冷水中進(jìn)行再次沖洗，最后用清潔布擦干，留做備用。

清除氧化膜：由于鋁與空氣接觸會(huì)發(fā)生氧化形成氧化膜，而氧化膜會(huì)影響焊接牢固度，因此需要在焊接前將氧化膜清除掉。氧化摸的清除主要有兩種方法：一種是機(jī)械方法，即通過切削、吹砂、噴丸、細(xì)鋼絲刷等進(jìn)行處理；另一種是化學(xué)方法，即先通過NaOH去除氧化膜，結(jié)束后，沖洗干凈，再在HNO3中進(jìn)行光化處理，最后在50～60℃的熱水中沖洗干凈，并進(jìn)行自然風(fēng)干或烘干。

（2）焊接設(shè)備選擇。全鋁車身焊接工藝中主要的焊接設(shè)備是點(diǎn)焊機(jī)，而點(diǎn)焊機(jī)根據(jù)功能、結(jié)構(gòu)組成、傳動(dòng)方式、運(yùn)轉(zhuǎn)特性等分為多種種類，而具體采用哪一種需要根據(jù)具體情況而定。點(diǎn)焊機(jī)主要由焊接上下電極、焊接氣缸、變壓器以及支撐座等部分組成，其進(jìn)行點(diǎn)焊的原理如下：鋁材料在上下兩個(gè)電極的作用下形成一定的接觸電阻，之后再在電流的作用下形成熱熔接，在這種循環(huán)電流促進(jìn)下，最后鋁材料之間會(huì)逐漸粘合在一起[5]。

（3）工藝參數(shù)的選擇。點(diǎn)焊工藝參數(shù)設(shè)置主要有7種，參數(shù)設(shè)置如下表1所示。

表1 鋁點(diǎn)焊工藝參數(shù)表

根據(jù)焊接材料的成分組成以及材料的厚薄度選擇不同焊接參數(shù)。

（4）點(diǎn)焊機(jī)運(yùn)行。點(diǎn)焊機(jī)運(yùn)行是鋁點(diǎn)焊工藝的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是核心環(huán)節(jié)，鋁點(diǎn)焊機(jī)運(yùn)行主要經(jīng)歷三個(gè)主要階段：

第一階段：預(yù)壓階段。主要工作是使需要焊接的材料之間充分接觸。

第二階段：加熱階段。主要工作是通過電流作用讓鋁材料的接觸點(diǎn)或面融化形成熔核。

第三階段：冷卻結(jié)晶階段。主要工作是通過冷卻結(jié)晶作用使得鋁材料融化位置的組織收縮，且同時(shí)在電極的作用下得到更加致密的結(jié)晶組織，提高焊接牢固度。

2 結(jié)語

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車逐漸成為人們出行的主要工具，因此汽車的升級(jí)優(yōu)化成為各大汽車生產(chǎn)廠家的重點(diǎn)研發(fā)課題。

全鋁汽車是汽車升級(jí)優(yōu)化一個(gè)主要體現(xiàn)，而伴隨全鋁車身的廣泛應(yīng)用，鋁點(diǎn)焊工藝在其中的發(fā)揮的組要越來越突出。本次研究就鋁點(diǎn)焊在新能源全鋁車身上的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，以期提高我國汽車生產(chǎn)制造工業(yè)的競爭力，促進(jìn)我國汽車研究領(lǐng)域的發(fā)展。