浅析钢铝车身先进连接工艺

浅析钢铝车身先进连接工艺

彭西洋

中国汽车工业工程有限公司 天津市南开区 300113

摘要：随着社会的发展，人们的生活品质不断提升，在这样的背景下汽车已经不仅仅是人们的出行代步工具，人们对于汽车的品质及安全等方面要求越来越高。汽车车身连接技术是生产汽车中的关键环节，如果能在原有基础上突破，那么势必会在整个行业注入新鲜的血液

关键词:钢铝车身；先进连接工艺；应用

前言

现阶段可用来减轻汽车重量的新型材料主要有高强度钢和轻质材料。其中，高强度钢实现轻量化的主要途径是减薄钢板厚度，但厚度存在限制，不能无限减薄，轻量化效果会受到制约。因此，采用轻质材料铝合金制作车身是目前比较可行的技术路线。铝合金车身的连接技术是推广应用的关键，尤其是钢铝之间的连接技术，在客车行业尤为重要。

1铝-铝连接技术特点及应用

本文铝-铝车身的连接采用了自冲铆接、铝点焊接和粘接技术。1）车身上较薄的铝合金钣材（如车身蒙皮）之间的连接、铝合金角钢（连接加强件）与铝合金侧窗立柱矩形管之间的连接采用自冲铆接。自冲铆接接头抗拉以及疲劳强度均高于同材质的铝点焊接头，但自冲铆接在连接操作过程中需要保留双侧进枪空间，在一定程度上限制了其应用范围。2）因操作空间所限，前后围骨架、侧围骨架、顶盖骨架内的铝合金矩形管之间以及这些骨架总成在车身合装时的连接采用铝点焊接。3）铝合金骨架与铝合金外蒙皮之间的连接采用粘接。首先需要在骨架上涂抹聚合成环氧树脂专用胶，然后用夹具固定蒙皮与骨架，待胶固定后再拆掉夹具。

2钢-铝连接技术特点及应用

由于铝合金材质的独特性，对于客车而言，尚无法像轿车一样全车使用铝合金材料，客车底盘骨架一般都采用钢材结构。因此，客车车体结构的连接还包括铝合金车身与钢质底架之间的异材连接，实际应用中，常采用机械连接及二氧化碳气体保护焊接。本文车身的钢-铝连接采用的正是螺栓连接及二氧化碳气体保护焊接，其主要方法是铝合金车身与钢质底架之间通过连接钢板连接，连接钢板的一端与铝合金车身用螺栓连接，另一端通过二氧化碳气体保护焊与钢质底架连接在一起，从而将铝合金车身与钢质底架连接起来，螺栓连接要在板件上开孔和拼装时对孔，增加工作量。钢-铝异材之间的连接，采用螺栓连接时应注意以下几点：1）螺栓的方向及长度不可随意更改。2）使用扭矩扳手或专用工具确保按规定的力矩紧固螺栓，由于不同部位对拧紧力矩的要求不尽相同，需按照作业指导书进行操作。3）按照正确的顺序，均匀交替地紧固螺栓。4）螺栓拧紧后要做好标记，避免钢-铝之间的螺栓连接出现松动。

2.1车身新型材料的应用

2.1.1高强度钢

对于高强度钢而言，给焊接工艺技术提出了很高的要求。高强度钢塑性温度空间较小，为获得更大的塑性空间，就需要较大的电极压力，从而给焊接工艺带来了新的挑战。因此，较为传统的焊接技术已不再适用，而采取脉冲和中频焊接或热熔自攻螺钉（FDS）等技术方式，以增强焊接压力来改变车身焊接质量。目前，我国激光焊接技术已基本成熟，在此技术应用中可全面提升焊接强度，满足焊接要求，提升焊接质量。

2.1.2轻合金材料

近些年，为了进一步减轻车身重量，许多国内外汽车厂商在车身结构设计中开始采用轻型合金材料（镁合金、铝合金、钛合金等），这样就对车身焊接技术难度进一步加大。目前，针对轻型合金材料连接技术采用TIG/MIG焊接技术，或者自穿钉铆接（SPR），或者结构胶(Adhesive）粘接的方法连接。英国一家焊接研究所最近发明一项铝合金焊接技术——摩擦搅拌点焊，称能够很好地解决铝合金车身焊接，但由于摩擦搅拌点焊的焊点中心有个小孔，所以此技术往往用在内板结构件上。

2.1.3碳素纤维复合材料

为了车身轻量化，有些汽车企业采用碳素纤维复合材料用在车身和底盘零部件中，可降低白车身重量高达50%以上。在车身焊接中，应合理地使用碳素纤维复合材料，制定完善的焊接技术方案，保证达到良好的焊接目的。

2.2车身连接技术

2.2.1电阻焊

电阻焊主要是指被焊接的工件压在两个电极之间，然后通过电流使工件以及加工的附近区域产生电阻热。电阻热有着较高的温度能促使工件融化，当工件融化以后两个工件之间就能进行连接。在进行车身焊接过程中，一般使用的电阻焊技术就是点焊和凸焊。目前，大多数汽车企业会选用中频电阻焊，中频电阻焊具有许多优点：焊接质量好，焊接速度快，节能效果明显，设备体积和质量减小等。

2.2.2电弧焊

电弧焊技术是汽车车身焊接中的一个组成部分，也是重要的一项技术。在进行电弧焊技术的应用中，十分难以进行控制，一旦出现问题就会导致工件变形，甚至难以满足焊接精度要求。因此，一般来说只有使用点焊后才会对弧焊技术进行使用。在进行汽车车身焊接过程中，应用较为广泛的是融化极气体保护焊，主要包括CO2气体保护焊、MAG和MIG焊、融化极气体保护焊主要是将可融化的焊丝和被焊接工件之间的电弧作为热源，然后对工件进行融合。一般来说电弧焊技术主要应用于一些弯曲或者是改变形状的汽车部件中，该技术在点焊技术应用的部位不适用，对于这一点技术人员在进行焊接作业的过程中应当引起高度的重视。

2.2.3激光焊

激光焊接技术也是当前使用较多的一种焊接技术，这种焊接技术出现时间不长，但是它相比于电阻焊技术和电弧焊技术往往更具有优势。激光焊技术的能量密度非常之高，而且将其用于汽车车身的焊接，也可以大大地减小工件的变形，利用激光焊技术进行车身焊接，所产生的热量对于周围区域影响较小，激光焊接的速度相比于电弧焊和电阻焊都更快，焊接一致性、稳定性好，一般不添加填充金属和焊剂，并能实现部分异种材料的焊接，而且也更加容易实现自动化控制。在利用激光焊技术完成车身的焊接工作之后，往往不需要再进行后续的加工和处理，可以一次性完工。正是由于激光焊技术有着如此多的优势，所以才使得它得到了广泛的应用。

2.2.4自穿钉铆接（SPR）

自穿钉铆接（SPR）属于冷连接技术。其独特的连接方式，使其可以有效克服铝合金、镁合金、钛合金等轻金属材料导电、导热性快，热容小，易氧化，难以采用传统的连接方法进行焊接的缺点。与传统电焊相比，自冲铆接的强度能增加30%。SPR不仅适于同种材料之间的连接，而且能够实现铝/镁、铝/钢、镁/钢、铝合金/镁合金/高强度钢等金属材料和高分子材料/复合材料的同质和异质材料的双层及多层连接；铆接过程能耗低，无热效应，不会破坏涂层。SPR自冲铆接工艺克服了传统铆接工艺外观差、效率低、工艺复杂等缺点，实现冲、铆一次完成，连接过程不破坏板材的镀层，为汽车车身的连接开辟了新途径。

2.2.5无铆钉自冲铆接（Clinching）

无铆钉自冲铆接（Clinching）属于压力连接的一种，利用板件本身的冷变形能力，对板件进行压力加工，使板件产生局部变形而将板件连接在一起的机械连接技术。无铆钉自冲铆接与SPR工艺相比，它不需要额外的铆钉，在大规模生产制造中，压力连接的总成本要明显低于SPR连接；在连接形成过程中，板件的防锈镀层或漆层也随之一起塑性变形流动而无撕裂损伤，因此，不会对零件表面造成破坏，也不会影响连接点处材料的抗腐蚀性及强度。目前无铆钉自冲铆接技术在车身结构上的应用主要局限于车门、发动机罩、行李箱盖、轮罩等强度要求相对较低的部件上，其应用范围并不如SPR广泛，主要原因在于其连接强度不如钢铝混合车身，而钢铝混合车身结构对连接点强度的要求更高。

结束语

科学技术的进步为汽车行业的发展提供巨大的机遇和帮助，但与此同时也对行业提出了更高的要求。现代化市场竞争力十分强，汽车企业一定要重视起车身连接技术的创新和研发，促使汽车车身连接技术得到全面的进步，从而为企业未来的发展作出贡献和保障。

参考文献：

[1]王广勇.车身焊接技术现状及发展趋势[J].汽车工艺与材料，2015，（3）：16-22.

[2]金明姬，刘桂达.汽车车身焊接技术现状及发展[J].科技创新与应用，2016，（9）：54-56