|
摘 要：文章从铝合金材料的特点着手，针对铝合金车身制造技术中的点焊、铆接以及激光焊三种连接工艺进行研究，以期对汽车轻量化进程中铝合金连接技术的发展有所裨益。 关键词：汽车车身；铝合金；连接技术 引言铝合金材料在工业中应用十分广泛，在船舶、汽车、航空航天、机械工业等领域中被大量应用。铝的密度约为钢材料的1/3，在汽车车身上使用铝合金可以大大减轻整车质量，极大地促进汽车轻量化的推进。铝合金材料具有良好的综合性能，但由于铝合金材料对热输入极为敏感、易氧化等原因，想要克服铝合金连接技术上的难题，将铝合金完美地应用到汽车车身中，还需要更为先进的连接技术。 铝合金具有耐腐蚀性好、重量轻、延展性好、强度高、易加工等特点，将其应用于汽车生产中可以有效降低整车重量。就耐腐蚀性而言，铝的表面很容易形成氧化膜，可有效提高车身耐腐蚀性能。在铝合金车身生产中利用铝挤压技术，可以有效降低焊点的数量，在一定程度上减少了汽车的加工工序，全面提升汽车生产的装配效率。 铝合金车身焊接时主要存在几点问题： 1）喷溅与飞溅严重。铝的活泼性导致其表面极易形成致密的、厚度约为0.1 μm的氧化膜，氧化膜的熔点极高（约2 050℃）、导电性差，接触电阻较大。 2）易产生气孔，导致焊接质量不高。镁铝合金熔化焊接时，接头存在气孔是铝合金焊缝中最常见的焊接缺陷。 3）焊点表面质量差，电极烧损严重。铝与铜易形成大电阻率的低熔点共晶物，焊接时电极与工件产生较为剧烈的共晶反应，导致电极与工件粘连，恶化了焊点的表面质量。 4）铝合金热膨胀系数约为钢的2倍，铝合金焊接变形控制要比碳钢难度大的多。铝合金焊接时易产生较大的焊接应力，会导致焊接变形。铝合金材料热导性能较好，约为钢材的3～4倍左右。在相同焊接条件下，实际的热输入要比焊接钢大。因此汽车车身铝合金的焊接必须使用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。 3.1 常规铝合金点焊铝合金点焊所采用的焊钳与传统点焊焊钳有所不同，其焊钳的结构和最大压力以及电极帽尺寸都有所差异。另外铝合金焊接过程中，其电极非常容易被污染，30次左右的点焊就需要再次修磨电极，这就使得铝合金点焊的连续性受到了很大程度的影响[1]。因此对铝合金进行点焊焊接时，除了更大的能量密度需求外，还要保证电极头的清洁与维护，这样才能够有效地提升常规铝合金焊接的效率，保证铝合金点焊的焊接质量。 3.2 螺旋状电极铝合金点焊这种点焊方式可有效避免铝合金点焊时电极的污染，提升铝合金焊接时的连续性，保证焊接效率，降低点焊的时间成本。螺旋状电极需要采用特殊的修模设备进行修模。它的铜电极是特制的环状纹路，能够在进行焊接时，在铝合金表面产生不同的应力区，使氧化膜规律分布，通过环形触点形成导电，从而进行有效连接。 3.3 电极带式铝点焊技术这种铝合金点焊技术是通过改造电极来实现。它在电极与工件之间增加一条电极带，焊接时电极压住电极带接触工件进行焊接，完成一个焊点后，电极带自动转动更新。这种方式保障每一个焊点都有“全新的”电极，电极同工件接触面能保持干净，从而保障高质量的焊接条件[2]。还可以根据不同焊接材料，选取不同的电极带，提高焊接的灵活性，更好地实现焊接过程。 4.1 自冲铆接SPR自冲铆接技术（简称SPR）是通过铆钉实现板材冷连接技术。特制的铆钉穿透上层的板材，铆钉在刺入过程中，会随着进入的深度而扩张，从而上层和下层板材形成机械互锁，在板材表面形成一个纽扣状的结合部，如图1所示。它能够保持较高的连接强度，使得上层板材同下层板材进行紧密的结合。该技术的优点是可以快速便捷地实现不同材质金属板材的有效连接，比如铝合金同钢的连接。同时，该技术属于无污染绿色连接技术，连接过程不会产生有害物质。但这种技术也有一定的缺点，比如对于板材塑性的要求，必须拥有12%以上的延伸率，另外SPR技术对板材厚度也有一定程度的要求。当前在汽车车身的铝合金连接过程中，SPR自冲铆接工艺是铝合金板材连接中最常用且用的最多的工艺技术，是非常值得研究利用的一项汽车轻量化铝合金板材连接工艺[3]。  图1 1.0 mm厚5754铝合金与2.0 mm厚6063铝合金SPR连接剖面图 4.2 无铆钉铆接技术无铆钉铆接工艺是通过固定的模具进行挤压，连接板材在压力的作用下，形成一个矩形凹模，该凹膜使得板材能够有效地连接在一起，保证一定的承载强度。该技术通常应用在汽车的机舱盖、后车盖等部位，承载的强度有限。这种铆接工艺成本低、耗能少，并且不需要其他辅助材料，对于一些强度要求不高的连接需要是较为适合的一种技术。 激光焊接技术主要运用激光器输出聚焦的高能量激光光束，通过对铝合金的熔化实现连接。激光焊接工艺主要具备以下几点应用优势： 1）能量密度高，热输入量小，焊接变形较小。 2）冷却速度快，焊缝组织微细，焊接强度较高。 3）焊接能量可精准控制，可靠性高，有较高适应性。 4）焊接后美观度较高。 因此，汽车铝合金车身焊接中，运用激光焊的连接质量较高。同样使用激光焊的焊缝较为平整，焊接的痕迹相对较小，基本不需要后续工序进行修补，减少了调整线上的打磨时间，深受汽车制造业的喜爱。 热熔自攻螺接技术简称FDS，是一种单面连接技术，主要用于连接封闭的母材。它的工艺成型主要通过以下几步实现： 1）进行定位预热，使材料产生塑性变形； 2）使用特殊螺钉钻孔成形（热熔穿透过程）； 3）锥孔成型，形成圆柱通道； 4）螺纹成型，自攻形成啮合的螺纹； 5）螺钉进一步拧入； 6）紧固落座，拧紧至设定的扭矩。 FDS连接技术有很多优点：连接质量较高、可靠性高、变形量较小、无污染无飞溅、适用于型材型腔结构件等等，在铝合金连接中也是应用较多的一种连接技术。 综上所述，铝合金的众多优点使它成为汽车车身选择的不二材料，传统的钢制车身在向钢铝混合车身方向发展的同时，车身连接技术也从传统的点焊、弧焊向多元化发展，如何更好地完成铝合金车身的连接，探寻更节能环保的连接技术，是值得我们不断探索和研究的内容，希望未来在这个方向有更大的技术突破，为我国汽车制造业的发展提供更大推动力。 参考文献 [1]陈玉胜.铝合金车身及连接技术[J].汽车工艺师，2018（3）：49-53. [2]杨金秀，吕奉阳，罗培锋，等.铝合金车身连接技术及应用实例[J].时代汽车，2019（16）：115-117. [3]王兰，王学敏，张宇.铝合金车身连接技术探讨[J].汽车与配件，2017（17）：70-73. 来源：期刊（现代工业经济和信息化） |
|
|
