汽车铝合金车身焊接工艺开发与应用分析

温雨

摘 要：轻量化是汽车发展的方向之一。铝合金以其重量轻、比强度高、导热性好等优点表现，铝合金已经成为汽车轻量化生产的核心组成材料。因此，汽车铝合金焊接工艺进行应用与创新对推动汽车轻量化发展有着重要意义。本文对铝合金车身焊接技术的应用难点进行分析，探讨汽车铝合金车身焊接工艺的方法，旨在为汽车车身板用铝合金的焊接工业化应用提供参考。

关键词：汽车 铝合金 焊接工艺

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

铝及铝合金因其密度小、比强度高、可塑性较好等优点已成为航空航天工业、石油工业、轨道交通运输业和建筑材料工业中应用最广泛的金属材料。伴随着我国对于环境保护与低碳生产的重视，对于汽车生产低碳环保的需求，让各种新型汽车铝合金焊接技术开始不断涌现。轻量化是汽车发展的方向之一。铝合金以其重量轻、比强度高、导热性好等性能优点，成为汽车实现轻量化技术的首选材料。铝合金构件的连接技术对提高该铝合金作为构件材料应用的整体强度，具有重要的实用价值。本文将对铝合金车身焊接技术的應用难点进行分析，探讨汽车铝合金车身焊接工艺的方法，旨在为汽车车身板用铝合金的焊接工业化应用提供参考。

2 铝合金车身焊接存在问题

在全球不可再生能源危机的影响下，如何提高作为人类社会进步的支柱产业汽车行业的节能低碳生产。当前汽车轻量化生产能够实现节油与降低排放。因此对于汽车进行轻量化研究显得尤为重要。汽车运用铝合金材料制造能够明显改善汽车性能，实现油耗降低，进而减少排放温室气体，目前已经成为国内外汽车工业界的研究热点。汽车轻量化主要采取材料轻量化和结构轻量化相结合的方式。铝合金其密度小、比强度高、可塑性较好，经过热处理强化的铝合金的强度可以达到低钢碳的强度。铝合金能够代替传统的钢材料进行车身焊接，从而实际效果能够让车身结构重量减低一半左右。然而在汽车铝合金焊接主要存在以下几点问题有：

（1）在汽车车身焊接中使用铝合金往往造成焊接接头存在软化现象，实际车身强度系数不够完全标准。汽车铝合金焊接接头软化将使焊接结构承载能力下降，由此带来结构服役的不安全因素。

（2）铝合金表面易产生难熔的氧化膜，阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠，往往需要使用大功率的焊接工艺进行。

（3）在实际的焊接中，运用铝合金容易产生气孔，导致焊接质量不高。镁铝合金熔化焊接时，接头存在的气孔是铝合金焊缝中最常见的焊接缺陷，气孔最容易出现在纯铝和防锈铝熔化焊的时候。

（4）汽车车身进行铝合金焊接时，也容易产生裂纹。在实际的铝合金焊接过程中，受到材料的种类、性质和焊接工艺的影响，车身焊接接头中可能出现多种裂纹，并且实际的裂纹的形态和分布特征相对复杂，造成后续补救工艺开展难度较大。

（5）由于汽车车身使用的铝合金热膨胀系数大，在焊接中容易出现焊接变形情况。其原因在于汽车车身铝合金焊接，接头存在的不均匀加热，导致焊接缝温度较高，冷却后受到不同程度的收缩和内应力的影响，致使焊接结构产生变形。由于铝的热导率是钢的三倍，因此铝合金焊接变形控制要比碳钢难度大。

（6）汽车车身铝合金热导性能较好，通常为钢的四倍左右。在相同焊接下，实际的热输入要比焊接钢大。导致，汽车车身铝合金的焊接必须使用能量密度大、焊接热输入小预计焊接速度高的高效焊接方法。

3 汽车铝合金车身焊接工艺

在汽车生产过程中，车身作为汽车零部件的重要载体，其车身制造的质量往往对汽车整体性能造成直接的影响。在汽车车身使用的铝合金需要进行车身焊接，并且焊缝的要求必须具备良好的机械性能和力学性能。在实际的汽车铝合金焊接工艺中，需要对车身焊接的组装程序进行明确，确保总焊接流程与分体焊接流程能够依照严谨的焊接工艺进行加工组装。在实际的汽车铝合金车身焊接过程中，需要分析各个焊接步骤，从而达到汽车车身焊接作业的正常实施。在汽车铝合金车身焊接工艺中，需要分析车身焊点结构，对于焊接的数量、具体位置和强度参数都需要合理设计，确定车身定位焊点，对于铝合金车身的焊接工艺进行划分，通过对各个焊接部分逐步进行焊点确认，从而保证焊点满足实际需求。当前的汽车铝合金焊接工艺方法很多，因此，必须根据母材的牌号焊件的厚度产品结构生产条件及接头质量要求等因素选择恰当的焊接方法。

4 铝合金汽车车身焊接方法分析

在铝合金汽车等制造业中，焊接工艺往往采用经过长时间考验，从而进行一个全面的改造。由于不同的焊接方式都有不同的优点，也会在不同的情况下有不同的应用，对汽车铝合金车身焊接工艺的应用进行分析。在铝合金汽车车身焊接方法中，常见的焊接方法涉及气焊、焊条电弧焊、脉冲氩弧焊、电渣焊、等离子弧焊和激光焊等。同样一些新型焊接方法得到了应用，如激光电弧复合焊接和真空电子束焊接等。

4.1 铝合金电阻点焊工艺

汽车车身铝合金点焊工艺是将各个铝合金工具部件进行安装配置成焊接接头，是铝合金工具部件能够置于两个电机之间，通过压紧通电。点焊工艺主要利用电阻热融化母材金属形成焊点点一种焊接方式。在焊接过程中，一定要让表面形成均匀和具有良好外观点焊接缝隙。其焊接质量取决于工件之间均匀点表面电阻。因此在点焊工艺运用中一定要把焊接表面上的污渍和多余的垃圾清理干净，要保证表面十分的光滑干净，不能有多余的金属。

4.2 铝合金汽车车身电弧焊工艺

热功率大能量集中和保护效果好的焊接方法对铝及铝合金的焊接较为合适。氩弧焊是最常用的铝合金焊接方式。

钨极氩弧焊适合厚度小于3mm的铝合金薄板，接头形式不受限制，焊缝成形美观。氩气流量对焊接区有冷却作用，改善焊接接头的组织性能，适用于全位置焊接。熔化极氩弧焊可焊铝合金厚度较钨极氩弧焊可焊厚度要大，而且效率更高，适合于自动化生产。目前铝合金车体型材的焊接一般采用熔化极氩弧焊。但由于焊接功率大，能量集中，焊接时焊缝根部容易下漏，造成根部焊缝成型差且易产生焊接缺陷，所以需要加焊接垫板。

4.3 铝合金车身的激光焊接工艺

汽车车身铝合金激光焊工艺中，激光焊接的优点很多。利用激光焊接的方法不仅仅可以使横截面达到最大化，还可以减少材料的使用从而降低成本，与此同时还可以增加断面系数和惯性力矩。激光焊接工艺主要运用激光器进行输出，借助光源进行聚焦，从而让光束具有高能量，在实际的焊接中主要对铝合金焊接金属进行熔化焊。同样由于激光焊往往具备脉冲功率激光焊接工艺和连续功率激光焊解工艺。因此，在实际的焊接中，利用激光焊接工艺需要在焊接过程中，激光不和铝合金工件发生反应，因此具有灵活性，同样在焊接过程中，对激光焊接头实行对接或着搭接。激光焊焊接工艺主要具备以下几点应用优势：其一，焊接部分变形较小;其二，焊接强度较高;其三，焊接过程没有连接的间隙，车身焊接位置在整个焊接过程中不会发生变形;其四，焊接车身性能得到展现。

在铝合金车身的激光焊接工艺中，其实际焊接宽度与焊接深度相对较高，如激光焊焊接缝宽一毫米，实际焊接深度要能够达到五毫米。因此，汽车铝合金车身焊接中，运用激光焊的焊接质量较高。同样使用激光焊的焊缝较为平整，并且焊接的痕迹相对较小，不需要后续工序进行修补，导致铝合金车身激光焊接工艺受到汽车制造工业的喜爱。例如，在通用汽车的铝合金新的车顶部件运用激光焊，上海大众焊接车侧围和顶盖连接位置运用激光焊。随着铝合金在汽车行业的运用深度的增加，汽车车身铝合金激光焊接工艺得到快速的发展。

4.4 搅拌摩擦焊

在汽车铝合金车身焊接中，运用搅拌摩擦焊接工艺，主要是通过搅拌针和轴肩与工件间产生的摩擦热进行焊接，通常在搅拌摩擦焊接工艺中，搅拌针的附近能够现场塑性软化层，软化层在搅拌头高速旋转的作用下，填充入搅拌针后方所形成的空腔内，进行实现车身的焊接。搅拌摩擦焊接工艺与传统的相比较，主要具备以下优点：其一，搅拌摩擦焊接工艺具有晶粒细小和疲劳性能;其二，摩擦焊接工艺的拉伸性能与弯曲性能相对良好;其三，实际的焊接工艺中往往能够达到“四无”，如无尘烟、无气孔、无飞溅、无需焊丝等;其四，焊接时不需使用保护气体并且焊接后残余应力和变形小等优点。因此在汽车铝合金车身焊接中，运用搅拌摩擦焊接可以很好解决铝合金焊接接头软化严重，容易产生气孔、热裂纹、夹杂物等缺陷，容易产生焊接变形等问题。

5 结束语

由此可见，在我国当前的汽车铝合金车身焊接工艺发展中，铝合金焊接对于汽车质量降低有着重要的意义，它还可以保换环境，提高汽车各个方面的性能，最重要的是可以降低事故发生的概率。铝合金材料有良好的综合性能，想要将其完美的应用到汽车车身焊接工艺中还是需要克服很多困难和问题的，不过随着科技的发展，焊接技术的多样性，这些问题都都会找到解决的办法。我国在使用轻质材料方面和发达国家還是有些差距，所以我们要不断创新，找到更好的焊接方法，让汽车铝合金车身的焊接工艺越来越完善，越来越发达。

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