轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战

谢朝辉

（江西江铃新能源汽车有限公司，江西 南昌 330013）

汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能降低汽车的整备质量，从多个方面对汽车整备质量、动力性问题进行统筹规划与合理部署，从而增强汽车的动力，减少燃料消耗及排气污染。因此，汽车行业内部应该立足于汽车轻量化发展标准，尽量在降低汽车整备质量的同时，提高汽车动力性，以满足节能降耗需求。相关数据调查显示，传统汽车整车重量每降低10%，油耗量也会随之降低6%～8%[1]。结合2020 年与2025 年燃料消耗目标值来看，2020 年燃料消耗目标值为0.05L/km，2025 年燃料消耗目标值为0.04L/km，而我国2019 年燃料消耗值为0.057L/km，距离目标仍有差距。对此，笔者建议我国汽车行业应该加速轻量化布局，充分立足于节能减排政策要求以及新能源汽车发展趋势，全力推进汽车轻量化发展进程。

1 轿车车身轻量化概述

1.1 目标分析

《中国制造2025》对汽车发展作出了整体规划，并明确提出轻量化技术在汽车发展规划中的重点工作位置。由此可知，轿车车身轻量化技术俨然成为汽车行业未来重点发展的目标之一。结合《中国制造2025》文件内容可知，截至2025 年，我国整车质量应该平均降低20%，其中汽车钢铁比例占据汽车总重的30%。与此同时，单车用铝合金应该达到250kg、单车用镁量应该达到25kg。从这一目标数据上不难看出，我国的汽车行业轻量化发展前景较为广阔。

1.2 方法途径

结合当前的发展情况来看，汽车行业实现轻量化目标可从以下三个途径入手。

1）轻量化材料。通过利用更轻的高强度钢、铝合金等材料实现对传统普通钢结构的替代处理，减轻车身整体重量的同时，提高结构性能的稳定性。

2）轻量化设计。利用创新合理的方式、手段，实现全新的汽车架构轻量化管理，并且重点针对车身零部件数量以及零部件尺寸等进行适当调整与优化处理。

3）轻量化工艺。合理利用热成型或者激光拼焊板等工艺方式，达到预期的车身减重效果。实施过程中，工作人员可以利用轻量化材料搭配轻量化工艺的方式进行优化处理[2]。

结合当前发展情况来看，高强度钢以及铝合金材料基本上是轻量化发展的主流材料。预计到2025 年，高强度钢以及铝合金材料占比将会达到75%。其中，铝合金材料占比可接近60%。

1.3 发展领域

目前，汽车轻量化发展领域主要涉及车身轻量化、底盘轻量化、动力系统轻量化以及内外饰件轻量化。结合近些年的发展情况来看，随着材料成本的逐年降低、工艺制造技术的逐年升级，我国汽车轻量化发展速度明显加快。其中，新能源汽车轻量化的发展速度尤为快速。以2019年的数据为例，新能源汽车底盘轻量化市场规模已经达到了46 亿元。按照当前的发展势头来看，随着我国新能源汽车销量的不断增长，轻量化渗透率将会逐年提升。预计到2025 年，新能源汽车底盘轻量化市场规模可以达到320 亿元左右。不难看出，我国汽车轻量化发展势头较为强劲。

2 轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战问题

轿车车身轻量化发展对相关工艺技术提出了严格要求，尤其是连接技术的应用问题。结合当前情况来看，传统连接技术在轿车车辆轻量化发展中难以发挥出预期的功能作用，再加上多材料轻量化车身的生产要求，导致部分连接技术在应用过程中很容易受到不确定因素的影响而出现隐患问题[3]。以下是笔者结合相关经验，针对轿车车辆轻量化对相关连接技术的挑战影响及问题进行具体分析，以供参考。

1）电阻点焊工艺挑战问题。电阻点焊工艺凭借其效率高以及成本低的优势，长期作用于钢制轿车车身装配工艺中。结合以往的经验来看，1 辆典型的钢制车身基本90%以上的装配量都由电阻点焊工艺完成。但是多材料轻量化车身在材料方面，主要以高强度钢以及铝钢混合使用为主，导致传统电阻点焊工艺难以对多材料轻量化车身进行针对性处理。

2）胶接技术挑战问题。胶接技术主要是指利用胶黏剂与被连接件之间所产生的化学反应作用实现材料连接过程。虽然从客观角度上来看，胶接技术可以有效确保车身结构的安全性。但是对于多材料车身而言，由于受到铝钢热膨胀系数差异较大的影响，其在应用胶接技术的过程中会产生车身结构变形问题[4]。

3）机械连接技术挑战问题。以自冲铆接技术为例，高强钢变形较为困难，从钢铆向钢时，内部会出现空腔问题。相反，从铝铆向钢时，铆钉腿部难以抵抗下层钢板的塑形变形力影响，导致自锁问题出现。再加上高强钢延展性较差，工艺生产过程中很容易出现铆穿缺陷问题。最重要的是，铆枪一般需要承受较大的铆接力，很容易出现变形问题。长此以往，接头质量稳定性将会严重降低，不利于汽车轻量化进程的发展。

3 轿车轻量化发展进程中的新型连接技术

随着超高强钢以及复合材料的不断应用，桶连接方法已经难以满足轿车轻量化发展要求。在这样的发展态势下，汽车行业内部应该充分立足于汽车轻量化进程发展需求，严格从汽车轻量化材料、汽车轻量化设计以及汽车轻量化工艺方面进行统筹规划与合理部署。其中，应对汽车轻量化连接技术的应用问题予以高度重视，可适当借鉴国内外先进技术经验，补缺原有技术体系中存在的不足，从根本上推进轿车轻量化的发展进程。

3.1 热成型工艺技术

目前，热成型工艺技术已经是轿车轻量化发展过程中必不可少的连接技术。所谓的热成型工艺技术，主要是指将特定钢材原料加热到奥氏体温度区间之后，将其输送到液压机设备上。当钢板具有延展性功能时，对其进行冲压处理并迅速冷却。结合工艺反馈情况来看，通过合理利用热成型工艺，基本上可以大幅度提高钢材抗拉强度，一般可以达到普通高强度钢的3 倍左右，有利于提高材料的强度以及机械安全性[5]。

在安全性应用方面，热成型高强度钢制成的车身具备良好的抗撞能力，不仅可以减少碰撞期间所产生的驾驶舱形变问题，还可以为乘客驾驶过程提供安全保障。根据相关测试反馈情况来看，纵然汽车发动机舱处于全部溃缩的情况，采取热成型工艺制成的结构件仍旧可以保持原始状态，有利于确保乘客的人身安全。

在轻量化应用方面，高强度钢可以凭借较小的厚度优势满足设计强度要求。一般来说，生产人员不需要对关键部位进行加固处理，就可以达到减少零部件重量的目的，进而实现轻量化目标。比如，奥迪A8 全铝车身在关键结构方面，主要采取了一定比例的高强度钢，车身整体重量较之以往相比有明显下降，且结构安全性能明显提升，具有重要的应用意义[6]。

3.2 先进连接技术

为有效解决传统工艺连接技术存在的不足问题以及有效应对铝合金材质延展性差的问题，汽车行业内部主张利用多种先进连接技术克服当前轿车车量化发展过程中存在的疑难问题。结合当前应用发展情况来看，在先进连接技术的选择方面，现场生产人员可以优先选择热融自攻铆接、铝点焊、结构胶以及高强度抽芯拉等，对汽车车身结构进行轻量化处理。与传统连接技术明显不同的是，上述技术内容可以有效解决以往存在的接头质量稳定性低、车身结构变形等问题。

最重要的是，这些技术可以有效克服铝合金材质延展性差的问题，能够从根本上为汽车车身结构的安全性发展提供良好保障。以铝点焊技术为例，工艺处理过程中，现场操作人员可以利用铝点焊技术消除铝合金加工过程中所产生的硬化影响以及内应力影响，并利用加热方式让其溶解，溶解后急速冷却。通过不断提高铝合金的强度以及抗腐蚀能力，确保部件结构拥有较高的力学性能以及延展性效果。如此一来，车身结构的整体性能基本上可以得到有效加强，同时实现轻量化目标，其应用效果较明显[7]。

4 结束语

总而言之，为进一步推动汽车轻量化进程的发展，建议行业内部人员应该从轻量化材料、轻量化设计以及轻量化工艺三个方面为汽车轻量化进程提供良好的发展驱动力[8-9]。按照当前发展趋势来看，多材料车身俨然成为全球汽车车身轻量化技术发展的主流趋势。针对此，我国行业内部应该立足于主流发展趋势，及时改善当前轻量化发展体系存在的不足问题，同时清楚地意识到车身制造的关键之处在于连接技术的应用效果，并且重点针对连接技术的发展问题进行统筹规划与合理部署。除此之外，还要利用多种工艺方式促进多材料车身的制造发展，尽量从根本上克服轿车车身轻量化及连接技术的挑战问题。