溫雨

摘 要：輕量化是汽車發(fā)展的方向之一。鋁合金以其重量輕、比強度高、導(dǎo)熱性好等優(yōu)點表現(xiàn)，鋁合金已經(jīng)成為汽車輕量化生產(chǎn)的核心組成材料。因此，汽車鋁合金焊接工藝進行應(yīng)用與創(chuàng)新對推動汽車輕量化發(fā)展有著重要意義。本文對鋁合金車身焊接技術(shù)的應(yīng)用難點進行分析，探討汽車鋁合金車身焊接工藝的方法，旨在為汽車車身板用鋁合金的焊接工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車 鋁合金 焊接工藝

Development and Application Analysis of Welding Technology for Automobile Aluminum Alloy Body

Wen Yu

Abstract：Lightweight is one of the directions of automobile development. Aluminum alloy has the advantages of light weight， high specific strength， and good thermal conductivity. Aluminum alloy has become the core material for the lightweight production of automobiles. Therefore， the application and innovation of automobile aluminum alloy welding technology is of great significance to promote the development of automobile lightweight. This article analyzes the application difficulties of aluminum alloy body welding technology， discusses the method of automobile aluminum alloy body welding technology， and aims to provide a reference for the industrialized application of aluminum alloy welding for automobile body panels.

Key words：automobile， aluminum alloy， welding process

1 引言

鋁及鋁合金因其密度小、比強度高、可塑性較好等優(yōu)點已成為航空航天工業(yè)、石油工業(yè)、軌道交通運輸業(yè)和建筑材料工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料。伴隨著我國對于環(huán)境保護與低碳生產(chǎn)的重視，對于汽車生產(chǎn)低碳環(huán)保的需求，讓各種新型汽車鋁合金焊接技術(shù)開始不斷涌現(xiàn)。輕量化是汽車發(fā)展的方向之一。鋁合金以其重量輕、比強度高、導(dǎo)熱性好等性能優(yōu)點，成為汽車實現(xiàn)輕量化技術(shù)的首選材料。鋁合金構(gòu)件的連接技術(shù)對提高該鋁合金作為構(gòu)件材料應(yīng)用的整體強度，具有重要的實用價值。本文將對鋁合金車身焊接技術(shù)的應(yīng)用難點進行分析，探討汽車鋁合金車身焊接工藝的方法，旨在為汽車車身板用鋁合金的焊接工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

2 鋁合金車身焊接存在問題

在全球不可再生能源危機的影響下，如何提高作為人類社會進步的支柱產(chǎn)業(yè)汽車行業(yè)的節(jié)能低碳生產(chǎn)。當(dāng)前汽車輕量化生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)油與降低排放。因此對于汽車進行輕量化研究顯得尤為重要。汽車運用鋁合金材料制造能夠明顯改善汽車性能，實現(xiàn)油耗降低，進而減少排放溫室氣體，目前已經(jīng)成為國內(nèi)外汽車工業(yè)界的研究熱點。汽車輕量化主要采取材料輕量化和結(jié)構(gòu)輕量化相結(jié)合的方式。鋁合金其密度小、比強度高、可塑性較好，經(jīng)過熱處理強化的鋁合金的強度可以達到低鋼碳的強度。鋁合金能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼材料進行車身焊接，從而實際效果能夠讓車身結(jié)構(gòu)重量減低一半左右。然而在汽車鋁合金焊接主要存在以下幾點問題有：

（1）在汽車車身焊接中使用鋁合金往往造成焊接接頭存在軟化現(xiàn)象，實際車身強度系數(shù)不夠完全標(biāo)準(zhǔn)。汽車鋁合金焊接接頭軟化將使焊接結(jié)構(gòu)承載能力下降，由此帶來結(jié)構(gòu)服役的不安全因素。

（2）鋁合金表面易產(chǎn)生難熔的氧化膜，阻礙母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夾渣、未熔合、未焊透等缺欠，往往需要使用大功率的焊接工藝進行。

（3）在實際的焊接中，運用鋁合金容易產(chǎn)生氣孔，導(dǎo)致焊接質(zhì)量不高。鎂鋁合金熔化焊接時，接頭存在的氣孔是鋁合金焊縫中最常見的焊接缺陷，氣孔最容易出現(xiàn)在純鋁和防銹鋁熔化焊的時候。

（4）汽車車身進行鋁合金焊接時，也容易產(chǎn)生裂紋。在實際的鋁合金焊接過程中，受到材料的種類、性質(zhì)和焊接工藝的影響，車身焊接接頭中可能出現(xiàn)多種裂紋，并且實際的裂紋的形態(tài)和分布特征相對復(fù)雜，造成后續(xù)補救工藝開展難度較大。

（5）由于汽車車身使用的鋁合金熱膨脹系數(shù)大，在焊接中容易出現(xiàn)焊接變形情況。其原因在于汽車車身鋁合金焊接，接頭存在的不均勻加熱，導(dǎo)致焊接縫溫度較高，冷卻后受到不同程度的收縮和內(nèi)應(yīng)力的影響，致使焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。由于鋁的熱導(dǎo)率是鋼的三倍，因此鋁合金焊接變形控制要比碳鋼難度大。

（6）汽車車身鋁合金熱導(dǎo)性能較好，通常為鋼的四倍左右。在相同焊接下，實際的熱輸入要比焊接鋼大。導(dǎo)致，汽車車身鋁合金的焊接必須使用能量密度大、焊接熱輸入小預(yù)計焊接速度高的高效焊接方法。

3 汽車鋁合金車身焊接工藝

在汽車生產(chǎn)過程中，車身作為汽車零部件的重要載體，其車身制造的質(zhì)量往往對汽車整體性能造成直接的影響。在汽車車身使用的鋁合金需要進行車身焊接，并且焊縫的要求必須具備良好的機械性能和力學(xué)性能。在實際的汽車鋁合金焊接工藝中，需要對車身焊接的組裝程序進行明確，確保總焊接流程與分體焊接流程能夠依照嚴謹?shù)暮附庸に囘M行加工組裝。在實際的汽車鋁合金車身焊接過程中，需要分析各個焊接步驟，從而達到汽車車身焊接作業(yè)的正常實施。在汽車鋁合金車身焊接工藝中，需要分析車身焊點結(jié)構(gòu)，對于焊接的數(shù)量、具體位置和強度參數(shù)都需要合理設(shè)計，確定車身定位焊點，對于鋁合金車身的焊接工藝進行劃分，通過對各個焊接部分逐步進行焊點確認，從而保證焊點滿足實際需求。當(dāng)前的汽車鋁合金焊接工藝方法很多，因此，必須根據(jù)母材的牌號焊件的厚度產(chǎn)品結(jié)構(gòu)生產(chǎn)條件及接頭質(zhì)量要求等因素選擇恰當(dāng)?shù)暮附臃椒ā?/p>

4 鋁合金汽車車身焊接方法分析

在鋁合金汽車等制造業(yè)中，焊接工藝往往采用經(jīng)過長時間考驗，從而進行一個全面的改造。由于不同的焊接方式都有不同的優(yōu)點，也會在不同的情況下有不同的應(yīng)用，對汽車鋁合金車身焊接工藝的應(yīng)用進行分析。在鋁合金汽車車身焊接方法中，常見的焊接方法涉及氣焊、焊條電弧焊、脈沖氬弧焊、電渣焊、等離子弧焊和激光焊等。同樣一些新型焊接方法得到了應(yīng)用，如激光電弧復(fù)合焊接和真空電子束焊接等。

4.1 鋁合金電阻點焊工藝

汽車車身鋁合金點焊工藝是將各個鋁合金工具部件進行安裝配置成焊接接頭，是鋁合金工具部件能夠置于兩個電機之間，通過壓緊通電。點焊工藝主要利用電阻熱融化母材金屬形成焊點點一種焊接方式。在焊接過程中，一定要讓表面形成均勻和具有良好外觀點焊接縫隙。其焊接質(zhì)量取決于工件之間均勻點表面電阻。因此在點焊工藝運用中一定要把焊接表面上的污漬和多余的垃圾清理干凈，要保證表面十分的光滑干凈，不能有多余的金屬。

4.2 鋁合金汽車車身電弧焊工藝

熱功率大能量集中和保護效果好的焊接方法對鋁及鋁合金的焊接較為合適。氬弧焊是最常用的鋁合金焊接方式。

鎢極氬弧焊適合厚度小于3mm的鋁合金薄板，接頭形式不受限制，焊縫成形美觀。氬氣流量對焊接區(qū)有冷卻作用，改善焊接接頭的組織性能，適用于全位置焊接。熔化極氬弧焊可焊鋁合金厚度較鎢極氬弧焊可焊厚度要大，而且效率更高，適合于自動化生產(chǎn)。目前鋁合金車體型材的焊接一般采用熔化極氬弧焊。但由于焊接功率大，能量集中，焊接時焊縫根部容易下漏，造成根部焊縫成型差且易產(chǎn)生焊接缺陷，所以需要加焊接墊板。

4.3 鋁合金車身的激光焊接工藝

汽車車身鋁合金激光焊工藝中，激光焊接的優(yōu)點很多。利用激光焊接的方法不僅僅可以使橫截面達到最大化，還可以減少材料的使用從而降低成本，與此同時還可以增加斷面系數(shù)和慣性力矩。激光焊接工藝主要運用激光器進行輸出，借助光源進行聚焦，從而讓光束具有高能量，在實際的焊接中主要對鋁合金焊接金屬進行熔化焊。同樣由于激光焊往往具備脈沖功率激光焊接工藝和連續(xù)功率激光焊解工藝。因此，在實際的焊接中，利用激光焊接工藝需要在焊接過程中，激光不和鋁合金工件發(fā)生反應(yīng)，因此具有靈活性，同樣在焊接過程中，對激光焊接頭實行對接或著搭接。激光焊焊接工藝主要具備以下幾點應(yīng)用優(yōu)勢：其一，焊接部分變形較小;其二，焊接強度較高;其三，焊接過程沒有連接的間隙，車身焊接位置在整個焊接過程中不會發(fā)生變形;其四，焊接車身性能得到展現(xiàn)。

在鋁合金車身的激光焊接工藝中，其實際焊接寬度與焊接深度相對較高，如激光焊焊接縫寬一毫米，實際焊接深度要能夠達到五毫米。因此，汽車鋁合金車身焊接中，運用激光焊的焊接質(zhì)量較高。同樣使用激光焊的焊縫較為平整，并且焊接的痕跡相對較小，不需要后續(xù)工序進行修補，導(dǎo)致鋁合金車身激光焊接工藝受到汽車制造工業(yè)的喜愛。例如，在通用汽車的鋁合金新的車頂部件運用激光焊，上海大眾焊接車側(cè)圍和頂蓋連接位置運用激光焊。隨著鋁合金在汽車行業(yè)的運用深度的增加，汽車車身鋁合金激光焊接工藝得到快速的發(fā)展。

4.4 攪拌摩擦焊

在汽車鋁合金車身焊接中，運用攪拌摩擦焊接工藝，主要是通過攪拌針和軸肩與工件間產(chǎn)生的摩擦熱進行焊接，通常在攪拌摩擦焊接工藝中，攪拌針的附近能夠現(xiàn)場塑性軟化層，軟化層在攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)的作用下，填充入攪拌針后方所形成的空腔內(nèi)，進行實現(xiàn)車身的焊接。攪拌摩擦焊接工藝與傳統(tǒng)的相比較，主要具備以下優(yōu)點：其一，攪拌摩擦焊接工藝具有晶粒細小和疲勞性能;其二，摩擦焊接工藝的拉伸性能與彎曲性能相對良好;其三，實際的焊接工藝中往往能夠達到“四無”，如無塵煙、無氣孔、無飛濺、無需焊絲等;其四，焊接時不需使用保護氣體并且焊接后殘余應(yīng)力和變形小等優(yōu)點。因此在汽車鋁合金車身焊接中，運用攪拌摩擦焊接可以很好解決鋁合金焊接接頭軟化嚴重，容易產(chǎn)生氣孔、熱裂紋、夾雜物等缺陷，容易產(chǎn)生焊接變形等問題。

5 結(jié)束語

由此可見，在我國當(dāng)前的汽車鋁合金車身焊接工藝發(fā)展中，鋁合金焊接對于汽車質(zhì)量降低有著重要的意義，它還可以保換環(huán)境，提高汽車各個方面的性能，最重要的是可以降低事故發(fā)生的概率。鋁合金材料有良好的綜合性能，想要將其完美的應(yīng)用到汽車車身焊接工藝中還是需要克服很多困難和問題的，不過隨著科技的發(fā)展，焊接技術(shù)的多樣性，這些問題都都會找到解決的辦法。我國在使用輕質(zhì)材料方面和發(fā)達國家還是有些差距，所以我們要不斷創(chuàng)新，找到更好的焊接方法，讓汽車鋁合金車身的焊接工藝越來越完善，越來越發(fā)達。

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