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    鋁點焊在汽車輕量化生產工藝中的應用

       日期:2018-05-25     瀏覽:1902    評論:0    
     隨著汽車保有量的持續增加,環保和節能減排問題尤為凸顯,汽車輕量化設計勢在必行。

    目前,汽車輕量化主要可以通過結構優化、輕質材料的替代應用、制造成形工藝的升級以及先進連接技術的應用等四大途徑來實現,如圖1所示。

     

    汽車輕量華技術途徑
    圖為:汽車輕量華技術途徑

     

    在汽車整備質量中,車身占了25%以上?,F有汽車車身一般由金屬材料(主要為鋼板)經過沖壓、焊接等方式生產而成。在上述輕量化途徑中,輕質材料的替代使用是一種最直觀的方案,消費者可以看得見、摸得著。比如你將汽車的前機蓋從鐵制換成了鋁制或碳纖維,顧客在開啟機蓋時就可以直觀體驗到。車身輕質材料的主要技術路徑包括超高強鋼(含熱成形)、鋁合金、復合材料玻纖或碳纖等。寶馬等歐系車主要是采用碳纖維來替代,美系(如特斯拉、F150)應用最大的則是全鋁車身。如圖2所示,是寶馬新7系上的碳纖維加強部件。

    寶馬新7系上的碳纖維加強件
    圖為:寶馬新7系上的碳纖維加強件

    碳纖維復合材料密度小、強度高,是目前應用的輕質材料中減重效果最為顯著的,但成本相對較高。所以,對于國內車型來說,車身的鋁合金化是材料替代途徑中最適合的方案。目前,蔚來汽車、愛馳汽車等造車新勢力也都在嘗試做全鋁車身。圖3為蔚來汽車車身鋁合金部件展示。

     

    蔚來ES8車身

    圖為:

    目前,鋁合金在國內汽車車身上的應用情況如表1所示。

     

    鋁合金在國內汽車車身上的應用
    表為:鋁合金在國內汽車車身上的應用

    根據輕量化車身材料及位置的不同,相應的連接技術也有所不同,目前比較常用的輕量化連接技術為激光焊接、自沖鉚、鋁點焊及粘接技術。各種連接技術的簡單示意和中英文簡稱如圖4所示。

     

    常用輕量化連接技術中英文簡稱對照
    圖為:常用輕量化連接技術中英文簡稱對照

    目前,幾種可用于鋁車身的先進連接技術的使用車企及區域如表2所示。

     

    鋁車身連接技術應用區域
    鋁車身連接技術應用區域

     

    鋁合金點焊工藝簡介

    點焊是將重合的金屬夾入金屬電極(焊嘴)上,再加上適當壓力的同時,通過非常大的電流,使之發熱熔化,從而接合在一起的焊接。鋁點焊與鋼點焊一樣應用的是焦耳原理。同樣,點焊的形成可以分為:預壓階段→通電加熱→鍛壓三步。圖5為鋁點焊的操作示意圖。

     

    點焊工藝步驟示意圖

    圖為點焊工藝步驟示意圖

    圖6和7分別展示了兩種不同方案的鋁點焊連接外觀。

    伏能士電極帶式鋁點焊外觀效果
    圖為:伏能士電極帶式鋁點焊外觀效果

     

    鋁合金點焊工藝特點:鋼與鋁的物理特性相差較大,具體對比,見表3,郵于鋁合金所具有的獨特性能,使其在焊接過程中有以下幾大特點:

    1. 極強的氧化能力(生成氣孔)

    2. 高熱導率和導電性(焊透性)強

    3. 線膨脹系數大(熱裂紋)

    4. 高溫下的強度和塑性低(強度低)

    5. 加熱時無色澤變化(燒穿)

       

    鋁點焊與鋼焊的區別

    1. 焊接時間

    2. 電極頭

    3. 熱量產生位置

    4. 冷卻水流量

    鋁點焊應用案例

    1. 凱迪拉克CT6

    2. 特斯拉Model S

    鋁點焊技術供應商

    1. 森德萊Centerline

    2. 小原焊機Obara

    3. 伏能士Fronius

    結語

    在各種焊接方法中,鋁點焊具有靜強度高、可靠性好、性能穩定等優點,但鋁點焊本身也具有很大的焊接缺陷,包括焊點質量不穩定、電極燒損嚴重及使用壽命短等。其中,焊點質量不穩定主要體現在飛濺較為嚴重、焊點表面質量差、熔核尺寸波動大和熔核內部易產生缺陷等。電極燒損問題實質是電極表面的銅與鋁合金反應的問題,這也是伏能士會開發出帶有電極帶的鋁點焊技術的原因之一。

    除此之外,鋁點焊焊機的供應商較少,主要技術來源于國外,這不利于鋁點焊的推廣。由于鋁點焊自身的缺陷,研究開發這一連接技術的人員較少。

    綜上,鋁點焊,想說愛你不容易!

     
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