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在汽车轻量化发展的时代背景下，车身用材也发生了较大的变化。随着铝合金等轻质材料的加入，钢、铝异种材料的连接成为行业面临的重要问题。由于钢和铝合金不易焊接，一般多采用冷连接技术（如铆接）。但这会使得车身制造变得更复杂，成本也较高。麦格纳斯泰尔汽车公司和Light Metals Technologies Ranshofen（LKR）通过优化CMT焊接工艺，提供了钢铝异种材料连接的新思路。 研究团队选择了两种车身典型钢和铝合金材料进行连接技术的优化，材料牌号分别为HCT 450X + ZE75 / 75的镀锌钢和EN AW 6014 T4的铝板。开发合适的焊丝避免接头的热裂纹的产生，同时进一步优化焊接过程 Figure 1 Formed steel-aluminium blank Figure 2 Steel-aluminium production-line welding 为了保证焊接的可靠性，选用镀锌钢。在焊接过程中，铝和镀锌钢表面的锌层熔化，在钢板的锌涂层上出现焊缝。具体如下图所示： Figure 3 Diagram of the patent-pending welding process 目前已有文献中的双面焊接技术均需要处理倒角，且成本较高，无法直接在装配线上实现焊接。 试验选取了具有不同涂层的材料，通过对其焊接接头的机械性能测试，结果表明：无论是何种涂层的材料，其断裂点的薄弱点往往出现在铝合金焊接的热影响区域。 Figure 4 Mechanical properties of the joints 除了力学性能以外，研究人员还对其接头成形性进行了分析。结果表明，接头的成形性主要受金属相间的结合性影响。焊接金属相的结合厚度不宜超过10μm，这主要通过焊丝和焊接过程的温度来控制。一般温度需高于铝的熔点和锌的蒸发温度（907°C）。 Figure 5 Cross section through a welding joint Figure 6 Detail intermetallic phase 研究还表明，当使用标准焊丝时，在与钢的熔合区中易发生热裂，因此开发新的合适的焊丝也是关键。此外，钢、铝混合材料接头的腐蚀敏感性通常会增加，钢和铝之间的电位差也造成了电化学腐蚀的出现。因此，钢、铝异种材料连接的腐蚀性问题也是需要解决的一大难题。 Figure 7 Electro chemical Corrosion 由于接触腐蚀的出现，根据其应用领域和防腐要求，制定了以下解决方案，如图8。 Figure 8 Avoidance of electrochemical corrosion 新型焊丝的开发主要是寻找合适的合金材料组合来避免焊接材料的热裂。目前，工业生产的线材一般通过拉丝而达到所需要的长度。开发过程如图9。 Figure 9 Overview of the process route 第一步是铸造材料。将合金元素添加到熔融铝中进行铸造。过程中需要进行两次质量监控：首先使用电弧火花光谱仪分析合金是否存在偏差，并进行校正。然后通过真空密度测试，评估熔化中的氢浓度。熔融材料中的氢会导致材料中的孔隙，并造成最终的线材中的孔隙。 铸造使用直径为65mm的圆钢模具。模具有两个连接的腔室，熔化物填充到一个腔室中，并且通过底部的连接继续填充第二腔室（“连通容器”）。在两个腔室的连接点处施加陶瓷过滤器，过滤较大的颗粒（例如氧化物）并使液态金属平静。然后，打开模具并获得固化的材料。 第二步是通过挤压拉丝制造成型的焊丝。第一步挤出约19毫米的杆，然后进行切割，再接着挤压成直径为1.2毫米或1.6毫米的金属丝。 对于挤出过程，一般有两种类型： 一个接一个地挤出，不连续地生产。 一个挤压到另一个上来连续生产线材，形成两者之间的连接。 不连续挤出的缺点是必须在之后进行单件连接，而连续挤出则需要考虑纵向挤压接缝。图10是两根线材连接的位置。研究表明，连接处易出现颗粒影响焊丝质量，甚至出现线材没有连接上。 Figure 10 Longitudinal extrusion seam made visible with a copper plate between the bolts 研究人员通过将两种挤出方法进行结合，挤压后的线材不直接缠绕，而是通过冷焊机进行高压连接。最后再进行清洗和盘绕。同时在每个步骤之后都进行随机显微切片，以评估材料质量。 钢和铝可以通过CMT工艺实现有效焊接，接头力学性能满足要求，拉伸试验试样在HAZ（铝的热影响区）开裂。 为保证接头良好的成形性，必须精确设定焊接参数，金属间相厚度小于10μm。为了避免热裂纹，需使用合适的焊丝代替标准焊丝。 通过工艺路线的改进，可在几天/几周内从纸到实际的线生产不同的合金成分。进一步发展的目的是通过自动化提高工艺路线。 |
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来自： 宋洋sy > 《06-车身工艺技术》
