鋁合金汽車輕量化及其焊接新技術

王正科

摘要：在經濟快速發展的背景下，人們對汽車的需求也在逐漸提升，倒逼汽車行業的快速進步與發展。鋁合金是汽車輕量化發展的方向，已經成為汽車行業中廣泛使用的材料之一，鋁合金的使用可以有效降低汽車的整體車身質量、減少能源消耗，與我國節能、環保的發展目標完全符合，并且合理利用焊接的新技術為汽車輕量化提供技術保障，對汽車行業的可持續發展具有重要意義。本文簡要概述了鋁合金特點，分析了鋁合金在汽車輕量化中的應用，并對鋁合金汽車焊接的新技術進行了研究。

關鍵詞：鋁合金;汽車輕量化;焊接技術

中圖分類號：U466? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0102-02

0? 引言

社會經濟的進步以及科技的發展，使人們的生活水平不斷提升，汽車的使用也越來越普遍，可以為人們的日常出行提供一定的便利，但是由于我國可用能源一直處于短缺的狀況之中，加上汽車的需求量不斷提升，給汽車行業的發展帶來了新的挑戰?，F階段，汽車行業為了與我國綠色、環保的戰略目標相符合，并且盡可能的滿足人們對汽車舒適性以及輕量化的需求，既要不斷提升汽車的整體質量，還要對汽車的生產成本進行嚴格的控制，并且合理利用新型焊接技術，有效改善汽車出現氣孔以及裂痕等情況，使汽車的未來發展向輕量化的方向努力。

1? 鋁合金的特點

鋁合金具有耐腐蝕性好、成本低、可回收、便于加工以及重量輕等特點，將其應用于汽車的生產當中可以有效降低能源的浪費，并且在汽車的原材料中所占比例已經高達60%。就耐腐蝕性而言，鋁的表面很容易產生相應的氧化膜，其抗氧化能力較強，可以有效降低汽車的汽車的腐蝕程度，并且鋁合金尤其適用于汽車車體中不宜涂刷防腐材料的位置，既可以增強汽車的使用壽命，又可以改善汽車的美觀程度以及舒適性，另外，目前我國所使用的鋁大多都是再生鋁，可以有效降低能源的損耗，回收利用可以有效降低能源損耗的95%以上，與我國節約、環保的要求完全相符[1]。與此同時，在汽車車身生產中使用鋁合金可以有效利用鋁擠壓技術，從而有效降低焊點的數量，在一定程度上減少了汽車的加工工序，全面提升汽車生產的裝配效率。

2? 鋁合金在汽車輕量化中的應用

汽車輕量化就是在確保啟程的強度、性能、安全以及穩定性的情況下，對汽車進行整體質量的減輕，從而確保汽車燃料可以得到充分的利用，將使用效率最大化，既可以為汽車提供更大的動力支持，又能有效避免汽車對于能源材料的使用，還可以減少汽車排放的污染氣體，具有百利而無一害的作用。

2.1 鋁合金在車身中的應用? 車身占據整個車輛質量的三成以上，對能源的消耗達到了七成以上，車身是能源消耗最大的位置，所以，若想實現能源的減少，就要將車身實現輕量化。在實際的車輛生產中，有效利用鋁合金進行車身的制作，不僅可以將車輛的整體質量降低，還可以降低車輛成本的投入。例如：奧迪A8就是采用全鋁的制作，與傳統的汽車比較之后就會發現，A8的車身質量出現了十分明顯的降低，整體質量約減少40%以上，并且在同一種車型中，使用鋁合金材料與不使用鋁合金材料相比，就車身的抗碰撞性而言也會存在一定的差距，使用鋁合金的明顯優于未使用的[2]。

2.2 鋁合金在底盤中的應用? 在對汽車進行輕量化的過程中，底盤的優化是不容忽視的，也是一個比較容易實現的位置。底盤的懸掛系統中，鋁合金材料的使用已經逐漸受到關注，鋁合金動盤與傳統鐵質動盤相比，重量明顯下降了70%左右，盡管鋁合金的成本較高于鐵質成本，但是將汽車的使用壽命提升了兩倍，整體來看鋁合金的性價比是很高的，因此，將鋁合金材料應用于地車底盤之中不僅滿足了汽車的輕量化，還延長了配件的使用壽命。

2.3 鋁合金在打發動機中的應用? 現階段，已經有許多汽車生產企業利用鋁合金來進行發動機部件的制作。就活塞而言，鋁合金活塞不僅可以降低自身的重量，還可以改善曲軸配重以及活塞的慣性，從而將活塞的使用效率不斷提升，并且鋁合金具有極強的導熱性，可以在超高溫的情況下進行工作，同時保持較高的力學特性，還可以有效改善汽車噪音、油耗以及振動等問題，對汽車的舒適度具有一定的促進作用。

2.4 鋁合金在車輪中的應用? 在整個車輛的重量中，車輪所占的比較相對較高，因此，可以通過減少車輪質量的方式來降低車輛的整體重量，鋁合金車輪的制造會比傳統的車輪制造更加簡單，并且具有減震性能、抗腐蝕性能以及耐久性等等優點，通常情況下，車輪重量降低一千克，車輛就會多行駛800米左右，減少燃油的使用既可以降低能源消耗，又降低污染氣體的排放，完全滿足節能、環保的需求。

3? 鋁合金汽車焊接的新技術

3.1 鋁合金激光焊接技術? 與傳統的焊接技術相比，激光焊接具有焊縫較小、焊接速度快以及熱應變小等特點，可以很大程度的降低汽車的質量，并且隨著激光加工設備的不斷完善與開發，助推了鋁合金激光焊接技術的快速發展，尤其是在進行20-30米長度的焊接時，可以完全取代電阻焊以及MAG，其焊接原理如圖1所示。

使用激光焊接技術的優點包括以下幾個方面：①焊接成本低。激光焊的施工環境要求較低，不用在真空以及電極的環境中，并且在進行焊接之前無需嚴格清理，從而有效降低了焊接的成本以及工時;②接頭質量高。使用激光焊接技術，可以達到105-109W/cm2的功率，加上其熱輸入較低、熱影響的區域相對較小、熔深大、能量密度較高等等，并且焊縫較小、冷卻速度快的優點，所以，其焊接的接口質量很高[3]。③使用范圍廣。激光焊接技術是一種無須接觸就可以進行焊接的技術，被焊接的物體不會受到任何電磁的影響，并且可以在不進行拆解的情況下，對密封的物體進行內部焊接，使焊接后的物體具有一定的工藝性在機械手以及計算機的配合下，可以實現焊接的精密控制以及自動化。

3.2 激光-電弧復合焊技術? 激光-電弧復合焊接技術是70年代末國外學者提出的焊接方法，其焊接原理如圖2所示。熔池的上方因為激光的存在而產生的等離子體對電弧的穩定性具有重要作用，既可以有效降低金屬表面發生的激光束反射情況，還可以將電弧等離子體進行光的吸收，從而將激光束的整體傳輸效率不斷提升，這一技術將電弧以及激光的優點進行了綜合[4]。

激光-電弧復合焊接技術的優點主要有以下幾個方面：①焊接性能好。激光-電弧復合焊接技術將激光以及電弧的優點進行融合，獲得了加熱范圍廣以及高能密度的特點，從而獲得了高密度以及高能量的熱輸入，有效降低了焊接裂紋的出現;②焊接效果更加穩定。如果焊接的過程中，其速度過快就會使陽極斑點出現不穩定的情況，從而使電弧發生飄移，但是由于激光的存在會為電弧形成相應的陽極斑點給予良好的條件，所以，激光與電弧的配合下，盡管在高速的焊接情況下，也會處于相對穩定的狀態[5];③熱量利用率高。因為電弧的影響，焊接區激光束產生的等離子體被稀釋，減少了等離子體對激光能量的放射以及吸收，并且電弧所產生的熔融鋁合金表面，對激光能量進行吸收具有一定的促進作用，從而將激光利用率不斷提升。

3.3 攪拌摩擦焊接技術

攪拌摩擦焊接技術是英國研發的，其工作原理如圖3所示，將具有特殊性質的攪拌頭插進工件之上，使高速旋轉的攪拌頭與工件之間發生摩擦，并利用所產生的熱量對金屬進行熱塑性的過程，另外，在進行攪拌的過程中，前端受到壓力的作用從而向后端發生塑性流動，進而完成整個壓焊過程[6]。

使用攪拌摩擦焊接技術具有以下幾個有點：①在進行焊接的過程中不會產生煙塵以及飛濺，并且整個操作中均不會出現有害光線，例如：紅外線、紫外線;②焊接后不會發生變形，由于攪拌焊接的溫度較低，焊接以后的剩余應力遠小于熔化焊，加上在熱塑性的過程中也不會出現形變的過程，所以在焊接完成以后不會出現變形的情況[7];③應用的范圍相對較廣，可以進行所有鋁合金材料的焊接，并且不受任何軸類部件的限制，可以進行多種形式的接頭焊接，例如：塔接、對接等;④焊接成本低。在進行攪拌焊接時，無需消耗焊絲、保護氣體、焊劑以及焊條等材料，另外，傳統的焊接方式需要將鋁合金表面的氧化膜去掉，但是攪拌焊接只需要將被焊物體表面的油污去掉即可，不僅可以有效降低能源的消耗，其污染性也相對較小，可以為汽車實現輕量化提供重要保障[8]。

4? 結束語

綜上所述，隨著社會經濟的進步以及科技的發展，人們的生活水平不斷提升，汽車的使用也越來越普遍，已經成為人們出行的重要交通工具之一，但是由于我國能源相對短缺，并且為了與綠色、環保的戰略目標相符合，給汽車生產帶來的新的挑戰，因此，需要合理的利用鋁合金材料，使汽車向著輕量化的方向發展，并且有效使用新型的焊接技術，最大程度的降低能源消耗，為實現汽車輕量化提供一定的技術保障。

參考文獻：

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[5]寶鋼海內外全球同步首發鋁硅鍍層熱成形鋼激光焊接新技術！[J].起重運輸機械，2019（09）：16-17.

[6]張偉光，魏瑜萱，田原，羅震，張禹.從第19屆德國埃森焊接與切割展覽會看世界焊接新技術發展[J].焊接技術，2018，47（03）：1-5.

[7]周好斌，高東，劉皓.焊接快速成形技術的發展現狀及思考[J].西安石油大學學報（自然科學版），2018，33（02）：106-112.

[8]趙國新.自動化焊接新技術在機械制造中的應用研究[J].中國新技術新產品，2017（19）：12-13.