不锈钢材料在汽车上的应用及其焊接性浅析

高伟龙

摘 要：不锈钢材料是一类具有高化学稳定性的合金钢的总称，因而常被应用于对耐蚀性、抗氧化以及耐高温等有特殊要求的零部件或者设备的制造中。截止目前，平均每台汽车的不锈钢材料用量已达20-30kg。未来，随着汽车轻量化的发展以及对汽车防腐、耐高温部件性能要求的不断提升，采用不锈钢材料制造的零部件种类还将不断增多。基于此，本文对不锈钢材料在汽车上的应用及其焊接性进行研究。

关键词：不锈钢材料;汽车;焊接性

0 引言

不锈钢材料由原始的板材、管材通过合适的工艺制成总成或者分体零部件的过程中，将不可避免地使用到各种焊接工艺方法，以实现不同构件间的可靠连接。对于不锈钢材料而言，较高的合金元素含量带来的材料物理、化学属性的变化，使得其材料焊接性、焊接工艺特点及要求与低碳钢材料相比有着明显的差异和区别。基于此，本文对不锈钢材料在汽车制造中的主要应用情况进行了阐述，并对其材料焊接特点进行系统性分析。

1 不锈钢材料概述

不锈钢在汽车中的应用已经有很长的历史，但是不锈钢作为汽车轻量化材料应用于汽车的结构零件是最近几年才开始研发的。一般认为，具有轻量化潜力的不锈钢主要是高强度不锈钢，比如ASI200和AIS300系列高强度奥氏体不锈钢。目前，高性能的不锈钢已经用于制造汽车保险杠、前侧防撞弓形梁、发动机支架、后挡板等汽车零部件。采用高性能不锈钢可以使汽车零部件的质量降低30%左右。但是，不锈钢高昂的生产成本，严重制约了不锈钢在汽车中的应用。目前，降低不锈钢的生产及使用成本主要有两个途径：一是开发价格低廉的不锈钢材料;二是优化不锈钢汽车零部件的设计与加工工艺。

2 不锈钢材料在汽车上的典型应用

2.1 排气系统用不锈钢

随着汽车发动机排气温度以及整车轻量化设计水平的不断提升，为了满足汽车排气系统抗氯原子腐蚀以及耐高温使用等相关要求，截止目前其选材、用材已基本实现由铸铁和镀铝钢管等材料向不锈钢材料的转换。汽车排气系统是当前汽车生产中不锈钢使用量最大的区域，约占其使用总量的50%以上。需要指出的是：汽车排气系统用不锈钢的80%以上为铁素体不锈钢。选择铁素体不锈钢的原因在于其相比于奥氏体不锈钢有着更好的耐高温性能，与此同时由于其制造原材料中不含或者仅含有少量的贵金属Ni，因而其还具有明显的价格优势。

2.2 车身及车架用不锈钢

铝合金的密度在2.7g/cm3左右，约为钢铁材料的1/3。由于铝合金具有密度小、质轻强度高以及优异的耐腐蚀性等特点，越来越多的被应用于汽车车身部件。铝合金的抗拉强度大，完全可以替代汽车车身的某些强度要求较低的钢制外覆盖件。温度对铝合金的塑性和成形性影响较大。为了避免铝合金板料在成形过程中发生开裂、回弹、起皱以及叠料等缺陷，一般将板料或者模具加热到一定温度后进行冲压，即温热成形。根据加热温度的不同，分为温成形和热成形。在传统冷冲压工艺技术上进行转换升级，直接加热铝合金板材，技术实现简便快捷;在设备方面，只需要增加铝合金板料的加热设备即可，设备投入较小。所以，直接加热铝合金板料的温热成形工艺是目前在铝合金零部件试制研发阶段采用的主要工艺。

2.3 燃油箱用不锈钢

燃油箱作为汽车的一个核心安全与功能构件，其制造材料不仅需要具备良好的力学性能、成形性、焊接性以及耐高低温性外，还应具备良好的耐燃油与耐外部环境腐蚀性。随着汽车环境法规要求的不断加严，燃油箱制造材料已实现从传统的涂镀普碳钢、镀铅-锡钢板向镀铝钢、镀锌-锡钢和不锈钢材料的转变。当前，汽车燃油箱制造材料使用最多的为SUS340L不锈钢材料。考虑到SUS340L不锈钢材料成本偏高且存在一定的应力腐蚀开裂倾向，汽车燃油箱用低成本铁素体不锈钢材料的研发成为下一步重点开发的对象。

3 提高汽车用不锈钢材料的焊接质量的策略

3.1 做好焊接前准备工作

在实际的焊接操作前需做好四方面的操作步骤：选用的保护气体主要采用氩气为主，其纯度需控制在99.99%以上;焊接坡口实施加工与焊接组对（错边、间隙等）要求必须充分符合相应的质量标准，比如内侧、外侧及周边壁坡25mm处需进行打磨，促使其呈现出金属光泽即可。同时为了能够充分控制焊接变形、应力等，可采取U形坡口来实施焊接处理;在相应焊接位置需放置温湿度计，并且需针对焊接位置的湿度进行实时监测，标准控制在≤85%范畴，并切实保障焊接过程中不会受到来自外界强湿气的干扰;处于焊接场所要求切实做好相应风雨防护举措，以此充分保障焊接工作的全程顺利、稳步进行。

3.2 焊接过程控制

在焊接过程中需要关注焊接的工艺和焊接温度。首先，在焊接前要固定不锈钢的边角，保证焊接的精确性，在焊接完成后可以使用切割机将其切除，但要保证不能破坏母材原本的尺寸，切割后要使用酸性溶液清洗钝化。其次，在焊接时要用小电流，高温会破坏钢材的耐腐蚀性。焊枪的摆动幅度小，能够有效避免交叉焊缝的形成。焊枪可以使用大直径喷嘴，在提高焊接速度的同时，加大保护气体的喷出量，使焊缝处的焊接更加紧密，保护效果更明显。再次，钢材表面的焊接尽量一次完成，以保证焊缝的均匀细密，使其更加平整美观。当焊缝的温度逐渐降低，但还未降至凝固点时，要用钢丝刷洗掉焊接过程中氧化和飞溅的残渣，确保焊缝表面的完整性。

4 结束语

近年来，伴随着汽车轻量化、长寿命以及对用户感知质量要求的不断提升，加之当前对汽车排放法规要求的不断加严，不锈钢材料在我国汽车行业得到了较为快速的发展和应用。不少业界人士认为：下一步汽车行业对不锈钢材料的需求与用量还会进一步提升，特别是对一些在抗氧化性、耐腐蝕性、抗热疲劳性、耐高温性以及焊接与成形性等方面均有着良好表现的高性能不锈钢材料的需求。因而，为了跟上这些高性能不锈钢材料的在汽车上的快速开发与应用步伐，下一步加大对汽车用先进不锈钢材料连接技术的开发、沉淀与积累是十分必要和迫切的。

参考文献：

[1]高温用不锈钢在汽车领域的应用[N].世界金属导报，2019-07-09（B14）.

[2]杨莉.不锈钢产业链2018年运行情况分析及2019年预测[J].经济师，2019（02）：286-287.

[3]尚成嘉.汽车排气系统用铁素体不锈钢的研究进展[N].世界金属导报，2018-08-28（B08）.