汽车铝合金焊接技术的研究

汽车铝合金焊接技术的研究

赵友

长安福特汽车有限公司杭州分公司   浙江省杭州市 311228

摘要：随着可持续发展理念的不断深化，汽车制造行业中，实现汽车轻量化是未来汽车发展的必然趋势。要结合制造要求落实更加可控的制造模式，发挥相应技术的优势作用，从而保证技术体系满足焊接要求，基于此，本文对汽车制造中铝合金焊接技术概述以及汽车铝合金焊接技术的措施进行了分析。

关键词：汽车；铝合金；焊接技术

节省能源、环保低碳、舒适性、安全性以及车身轻量化是现在汽车工业发展的方向。在汽车车身上采用高强度钢的比例逐渐提高，在高端车身上已经运用了铝合金等新材料，为了使车身装焊精度得到提高而建立的尺寸控制工程，现在已经成为车身制造的重要环节，现在开发的车身总成成形以及地面空中传输相结合的多种解决方案，实现了车身装焊多车型柔性化和自动化生产。

1汽车制造中铝合金焊接技术概述

一方面，受到全球能源紧张等因素的影响，汽车油耗受到了更多的关注，因此，汽车轻量化已经成为各大汽车企业产品设计的目标。而在轻量化发展体系内，中高强钢结构、铝和铝合金结构、镁和镁合金结构等轻质金属将逐步替代传统钢板结构，其中，铝和铝合金被广泛应用在汽车车身轻量化体系中。究其原因，相较于钢结构，铝的重量要低60%，替代传统材料能有效实现整车减重45%以上，承受同样的冲击力时，铝和铝合金能吸收更高的冲击能。另一方面，基于节能环保的发展理念，铝合金是较为环保的应用材料，满足节能降耗的要求，并且铝合金零部件的回收率较高，能在提升整体车辆安全性的同时，最大程度上减少制造项目的工序，有效优化装配效率。综上所述，在汽车制造过程中有效融合铝合金焊接技术具有重要的实践意义。

2 汽车铝合金焊接技术的措施

2.1 自冲铆接SPR

半空心铆钉自冲铆接通过将铆钉穿透上层的板材，铆钉腿部的中空结构在铆模的作用下，向下层板材料周围扩张并刺入底层板材，但是不会对下层板材进行冲裁，最后铆钉与上下层板材之间形成机械互锁结构。

SPR技术优势主要有：①SPR可以实现异种金属板材的连接，如铝和钢的连接。②当进行铝合金板材连接时，SPR的负载强度高于电阻点焊。③SPR属于冷连接技术，对板材表面要求较低。④铝合金板材的表面氧化层及油污都会加大铝点焊电极损耗，需要频繁修磨或更换电极，而自冲铆接只需定期添加铆钉即可，大大节省设备辅料时间。⑤SPR过程绿色环保，不产生焊渣、烟尘等有害物质。

SPR工艺缺点主要有：SPR过程要求板材发生塑性变形，所以要求底层板材必须拥有12%以上的延伸率。第二，SPR铆钉需要穿透上层板材，因此有密封性要求的地方需做密封处理。第三，SPR的铆钉属于消耗品，生产成本增加，例如在某车型中铆钉的单价成本为0.13~0.17元。第四，对材料的要求：厚板、硬度低、塑性好的板在下侧。两层板搭接时，底层板厚度占总板厚的1/2以上；三层板搭接时，底层板厚度占总板厚的1/3以上；避免出现相同厚度板材的搭接组合。

2.2 铝合金车身MIG焊

MIG焊是目前铝合金车身的主要焊接技术之一，在焊接过程中，电弧稳定，氧化性弱，适合焊接多种活泼金属及合金；焊缝均匀，焊缝强度较大，能进行铝合金薄板焊接并有效保证焊接强度达到母体强度的70%。例如：德国奥迪在焊接过程中，使用MIG电弧钎焊，对车身及构件进行焊接，有效焊接铝合金，保证焊缝均匀，焊接强度达到母体强度标准，并有效提高焊接效率。为不断适应铝合金车身焊接需要，MIG焊不断创新，出现了脉冲MIG焊、单丝MIG焊、单枪焊丝MIG焊、复合热源MIG焊等多种新型MIG焊接技术。通过不断研发、创新MIG焊接技术和设备，提高焊接效率，提高焊接质量和自动化焊接水平。例如：奥地利Fronius公司在传统MIG焊基础上开发了单枪焊丝MIG焊技术，保留了焊接效率高的特点，同时焊接变形小，提高了铝合金车身焊接质量。相较于传统MIG焊，单枪焊丝MIG焊的焊枪小巧，受限较少，可焊接铝合金车身的各个位置。

2.3 搅拌摩擦焊接技术

搅拌摩擦焊接技术是英国研发的，将具有特殊性质的搅拌头插进工件之上，使高速旋转的搅拌头与工件之间发生摩擦，并利用所产生的热量对金属进行热塑性的过程，另外，在进行搅拌的过程中，前端受到压力的作用从而向后端发生塑性流动，进而完成整个压焊过程。

使用搅拌摩擦焊接技术具有以下几个有点：①在进行焊接的过程中不会产生烟尘以及飞溅，并且整个操作中均不会出现有害光线，例如：红外线、紫外线；②焊接后不会发生变形，由于搅拌焊接的温度较低，焊接以后的剩余应力远小于熔化焊，加上在热塑性的过程中也不会出现形变的过程，所以在焊接完成以后不会出现变形的情况；③应用的范围相对较广，可以进行所有铝合金材料的焊接，并且不受任何轴类部件的限制，可以进行多种形式的接头焊接，例如：塔接、对接等；④焊接成本低。在进行搅拌焊接时，无需消耗焊丝、保护气体、焊剂以及焊条等材料，另外，传统的焊接方式需要将铝合金表面的氧化膜去掉，但是搅拌焊接只需要将被焊物体表面的油污去掉即可，不仅可以有效降低能源的消耗，其污染性也相对较小，可以为汽车实现轻量化提供重要保障。

2.4 摩擦塞铆焊 EJOWELD

摩擦塞铆焊EJOWELD是一种新型连接技术，利用“钉子”的高速旋转穿透上板板料（如铝合金），并利用钉子和下层板的旋转摩擦生热熔化下层板料（如22MnB5硼钢），并在压力的作用下，完成“钉子”（钢质）与下层板料的焊接，从而形成稳固结合。摩擦塞铆焊EJOWELD特别适用于铝合金和高强钢、超高强钢及热成型零件的连接。例如在Audi A8中，由于外覆盖为铝合金，A、B柱为热成型钢板，由于热成型钢的塑性较差，SPR技术不能使用。Audi A8将此工艺称为FrictionElement Welding（简称FEW），共使用数量为238点。摩擦塞铆焊EJOWELD的优点是：1）是一种少有的可以直接连接铝合金（如6061）和高强钢（热成形硼钢22MnB5）的新工艺。2）无需预开孔。摩擦塞铆焊EJOWELD的缺点是：1）双面可达，必须双面都能操作。2）需要一个额外的连接元件。3）在需要严格密封的位置（如海洋环境），在钉头处需要使用密封胶。

2.5 弧焊

由于铝熔点低，热导率、电导率都远高于钢，导致焊接变形及焊接应力增加，故需采用低热输入量或高能量密度的焊接工艺，如冷金属过渡焊、激光焊及等离子弧焊技术。由于铝合金吸热后极易产生热应力集中，造成板件变形严重甚至开裂，所以冷金属过渡焊在这方面具有独到的优点。通过引弧-熄弧-再引弧的重复方式减小热量的输入，可有效地避免变形和开裂。为满足高能量密度弧焊对零件装配间隙的要求，激光焊、等离子弧焊、激光-电弧复合焊接技术将来也有一定发展前途。

3 结束语

在汽车轻量化研究中，轻量化材料的选择是轻量化程度的主要影响因素。单一的轻量化材料无法满足汽车轻量化发展需求，因此需要通过将多种轻量化材料进行混合使用来满足汽车制造要求。而多种材料的混合，对焊接技术提出了更高要求。因此，在企业的未来发展中，不仅要加强汽车轻量化材料的选择，更要提高焊接技术，以此来促进汽车轻量化发展。

参考文献：

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