隨著汽車保有量的持續(xù)增加，環(huán)保和節(jié)能減排問題尤為凸顯，汽車輕量化設(shè)計勢在必行。

目前，汽車輕量化主要可以通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化、輕質(zhì)材料的替代應(yīng)用、制造成形工藝的升級以及先進連接技術(shù)的應(yīng)用等四大途徑來實現(xiàn)，如圖1所示。

 

圖為：汽車輕量華技術(shù)途徑

 

在汽車整備質(zhì)量中，車身占了25%以上。現(xiàn)有汽車車身一般由金屬材料（主要為鋼板）經(jīng)過沖壓、焊接等方式生產(chǎn)而成。在上述輕量化途徑中，輕質(zhì)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(zhì)材料的主要技術(shù)路徑包括超高強鋼（含熱成形）、鋁合金、復(fù)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(yīng)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。

圖為：寶馬新7系上的碳纖維加強件

碳纖維復(fù)合材料密度小、強度高，是目前應(yīng)用的輕質(zhì)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(nèi)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。

 

圖為：

目前，鋁合金在國內(nèi)汽車車身上的應(yīng)用情況如表1所示。

 

表為：鋁合金在國內(nèi)汽車車身上的應(yīng)用

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

 

圖為：常用輕量化連接技術(shù)中英文簡稱對照

目前，幾種可用于鋁車身的先進連接技術(shù)的使用車企及區(qū)域如表2所示。

 

鋁車身連接技術(shù)應(yīng)用區(qū)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(dāng)壓力的同時，通過非常大的電流，使之發(fā)熱熔化，從而接合在一起的焊接。鋁點焊與鋼點焊一樣應(yīng)用的是焦耳原理。同樣，點焊的形成可以分為：預(yù)壓階段→通電加熱→鍛壓三步。圖5為鋁點焊的操作示意圖。

 

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。

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(dǎo)率和導(dǎo)電性（焊透性）強

3. 線膨脹系數(shù)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(qū)別

1. 焊接時間

2. 電極頭

3. 熱量產(chǎn)生位置

4. 冷卻水流量

鋁點焊應(yīng)用案例

1. 凱迪拉克CT6

2. 特斯拉Model S

鋁點焊技術(shù)供應(yīng)商

1. 森德萊Centerline

2. 小原焊機Obara

3. 伏能士Fronius

結(jié)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(wěn)定等優(yōu)點，但鋁點焊本身也具有很大的焊接缺陷，包括焊點質(zhì)量不穩(wěn)定、電極燒損嚴(yán)重及使用壽命短等。其中，焊點質(zhì)量不穩(wěn)定主要體現(xiàn)在飛濺較為嚴(yán)重、焊點表面質(zhì)量差、熔核尺寸波動大和熔核內(nèi)部易產(chǎn)生缺陷等。電極燒損問題實質(zhì)是電極表面的銅與鋁合金反應(yīng)的問題，這也是伏能士會開發(fā)出帶有電極帶的鋁點焊技術(shù)的原因之一。

除此之外，鋁點焊焊機的供應(yīng)商較少，主要技術(shù)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(fā)這一連接技術(shù)的人員較少。

綜上，鋁點焊，想說愛你不容易！