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1、铝合金汽车车身焊接 工艺及设备 * 内容 汽车轻量化背景 汽车轻量化的趋势 铝及铝合金在车身上的应用 铝合金车身常用焊接技术 铝合金汽车车身电阻电焊 铝合金汽车车身电阻电焊工艺 铝合金汽车车身电阻电焊设备 结语 汽车轻量化背景 在世界能源危机不断加剧，可再生资源开发 利用受限的情况下，作为人类社会进步的支柱产 业世界汽车工业发展正面临着三大问题：节 能、环保和安全，而汽车轻量化则是节油和降低 排放的重要方法和途径。 研究表明，约75的油耗与整车的质量有关， 降低汽车质量就可有效降低油耗及排放；汽车质 量每减少1000kg，油耗可降低67。特别是 近年来，在油价暴涨、供应紧张的形势下，用户 越来
2、越关注汽车的油耗，高燃油经济性成为提升 汽车竞争力的重要因素。 因此，汽车轻量化是各国汽车产业设计、生产 的目的和目标。 汽车轻量化的趋势 汽车各个系统都具有轻量化的潜力 在整个车体中汽车车身是汽车重量最大 的部件，约占汽车总重量的30。通过上图 我们也不难发现，汽车车身最具轻量化的潜 力，通过减轻车身重量来降低汽车自重具有 重要的意义，也是近几年来国内外研究的一 个热点。 所以汽车轻量化主要是汽车车身的轻量 化，汽车车身轻量化则又是汽车材料的轻量 化。 通过上图很明显可以看出，在汽车轻量化的进 程中，中、高强钢，铝和铝合金以及镁和镁合金 等轻质金属及合金逐步取代钢板，钢带在汽车上 的应用，前
3、者用量逐年增加，而后者用量则逐年 减少！使得汽车轻量化成效显著。 而在汽车车身轻量化上主要是铝、铝合金及中 高强钢的应用。下面就来看看铝及铝合金在车身 上的应用。 铝及铝合金在车身上的应用 ASF全铝合金车身 火车铝合金车身 铝比钢轻60。仅在 汽车内外板上用铝台金来 代替传统钢板就可使整车 减重大约47。承受同样 冲击，铝板比钢板多吸收 冲击能50。 铝合金汽车也以其节 能降耗，利于环保，铝合 金零部件回收率高，安全 舒适，工序减少，装配效 率高，燃油效率高，相对 载重能力大等优点而倍受 青睐。 铝合金车身常用焊接技术 铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成 形性好及低温性能好
4、等特点而被广泛地应用于各种焊接结 构产品中，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减 轻50 %以上。 铝合金焊接有几大难点：铝合金焊接接头软化严重，强 度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；铝合金 表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3其熔点为2060） ，这 就需要采用大功率密度的焊接工艺；铝合金焊接容易产 生气孔；铝合金焊接易产生热裂纹；线膨胀系数大， 易产生焊接变形；铝合金热导率大（约为钢的4倍），相 同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大24倍。 因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、 焊接速度高的高效焊接方法。 汽车上的铝合金结构件都要求焊接，焊 缝要有良好的机械性能。铝
5、合金的焊接方法 很多，须根据铝合金的牌号、焊件的用途和 工作环境、产品结构、生产条件以及焊接接 头质量要求等因素加以选择。常用的焊接方 法有：气焊、焊条电弧焊、脉冲氩弧焊、电 渣焊、铆接、等离子弧焊和激光焊等。近年 来，针对铝合金焊接的难点，一些新的焊接 工艺得到发展，如搅拌摩擦焊、激光电弧 复合焊、电子束焊等。 汽车制造业长期以来广泛应用电阻点焊工 艺方法，在铝合金汽车制造业中，可采用经 过长期考验的生产流水线进行全面改造。目 前，有的汽车公司在制造过程中暂时采用了 非电阻点焊的连接工艺方法，但仍在投入一 定的人力、物力对铝合金电阻点焊技术进行 研究，以寻求突破。 下面就对铝合金汽车车身电阻
6、电焊做一介 绍。 铝合金汽车车身电阻电焊 电阻点焊：是将焊件装配成搭接接头，并压紧 在两柱状电极之间，利用电阻热熔化母材金属， 形成焊点的电阻焊方法，其主要用于薄板焊接。 汽车车身焊装, 包括车身底板、侧围、车架、车顶、 车门及车身总成等部分的焊装。据统计, 每辆汽车车身 上约有5000多个电阻点焊焊点。 铝合金汽车车身电阻电焊工艺 具有均匀高强度和良好外貌的焊缝，取决 于工件之间均匀的表面电阻。多数应用中， 在点焊或缝焊铝合金以前，焊接的表面准备 是非常必要的，它一般是清除油类、污物或 标记，并减少和改善铝表面氧化膜的一致性 。表面准备大致可分为清洗和清除氧化膜两 道工序。 1、焊前表面准备
7、 铝合金的电阻点焊过程如图所示。在一个焊接 接循环中，首先，将工件装配好并施加电极压力 ；然后，通以电流，由于电流流经工件时产生电 阻热，两工件间界面上的材料受热发生熔化形成 熔核；一段时间后，撤去电流，熔核凝固形成焊 点实现连接，电极压力需 继续保持一段时间以保证 焊接质量；最后，撤去电 极压力，焊接循环结束。 由于电极发热，铝合金电 阻点焊过程中，电极需冷却。 2、铝合金的电阻点焊过程 3、铝合金的电阻点焊焊接规范 通常，点焊铝合金时，可以选择大电流、短时 间通电和施加高压的焊接规范，但为了进一步提 高焊接质量，还可以采用附加调节波峰和波谷的 电流波形。采用波峰电流的目的是尽量减小点焊 接
8、头强度的波动、防止飞溅和减少粘电极现象。 波谷电流通常为衰减电流，硬铝系的可热处理强 化合金采用这种缓冷的方法，是为了防止焊核中 经常产生的缩孔和裂纹。实际应用中，还经常采 用比焊接压力大的预压力和顶锻压力的两级加压 方法，以控制点焊接头强度的波动和防止焊核内 部产生缺陷。 采用三相低频或三相整流式焊机焊接时的焊 接规范，包括焊接电流及其通电时间、衰减电流 及其通电时间、焊接压力、顶锻压力和延时加压 时间等许多参数。 另一方面，对于点焊时的拉伸剪切载荷、焊核 直径、压痕深度、内部缺陷、外部缺陷等有关电 阻点焊接头质量的很多事项，在各种技术管理要 求或标准中均作了规定。 焊接规范参数与各种焊接质
9、量间的关系是极为 复杂的，因而使焊接规范的选择有一定的难度。 表1和表2是推荐的点焊焊接规范的标准，实际使 用时还须通过实验来选择。 4、铝合金的电阻点焊焊后检验 为了保证点焊的质量，要制定并遵守正确的 焊接程序和焊接规范，在生产过程中，还要有 常规的检查程序。 剥离试验：焊接参数要周期性地进行检查， 用与工件相同材质和厚度的试样，像工件一样 进行焊接来核实焊机的调整是否正确。 目视：通过目视来确定电极粘连、表面烧熔 、裂纹、滑移和过大的压痕等缺陷，这是主要 的检查方法。还可用塞尺来确定板材的分离情 况。 破坏性试验：主要用于焊接现场准备和核 实。通过放大小于 倍的宏观检查来确定焊点 直径和焊
10、透情况。 此外，射线可以检查内部缺陷，确定焊接 熔核的形状和尺寸，也能确定焊接结构；抗 拉、剪试验，可以用来确定焊接强度的定量 数值；对于焊点横截面的检查，通过对点焊 试样进行抛光、腐蚀并在较高放大倍数下进 行检查，以确定内部裂纹、气孔以及焊接组 织。在一般情况下，以上方法主要用来确定 建立焊接规范、设计点焊结构，而不是生产 试验方法。 铝合金汽车车身电阻电焊设备 铝合金点焊时，应根据铝合金材料牌号 及焊件厚度选用点焊机。实用的点焊机有 单相交流式、电容器式、三相整流式和三 相低频式等，除单相交流式焊机外，都是 为了解决通过大电流时引起电源电压降低 的问题而研究出来的。如国产专用的点焊 机有DJ-300-1、DJ-600、DJ-1000型直流冲 击波点焊机。 目前，汽车车身焊装线上的电阻点焊机 主要有悬挂式点焊机、点焊机器人和多点 焊机。 汽车轻量化对于节省能源、保护环境、提 高安全都有着重要的现实意义，而铝合金材料 的应用则是解决该问题的有效途径之一。 目前，我国在轻质材料，如铝合金、镁合 金、钛合金、塑料、陶瓷等汽车新材料方面的 焊接技术与发达国家相比还有一定的差距。为 了保证焊接质量，提高民族汽车工业的竞争力 ，研究铝合金等材料的电阻点焊性能已经成了 非常迫切的任务。 结语
