论文部分内容阅读
摘要：铝合金弧焊工艺在轻量化车身上具备显著的应用价值，基于铝合金自身的特点，需要完善工艺流程，切实发挥出铝合金弧焊工艺的应用价值。本文首先分析了铝合金的特点，同时阐述了铝合金弧焊工艺，最后总结了铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用研究，仅供参考。
关键词：铝合金弧焊工艺；轻量化车身；应用研究
铝合金弧焊工艺能够打造轻量化车身，这类车身结构与脚手架相似，通过累计零件，可保障输入热度的持续性，强化尺寸控制，合理调节材料参数、焊接接头、设备参数，可保障工装设计质量。本文主要阐述、探讨铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用，详细研究如下。
1 铝合金的特点
纯铝密度为2.7g/cm?，是铁的1/3，熔点较低一般在660℃。铝合金密度较低，强度相对较高，与优质钢接近，因此铝合金的塑性较好，能够加工成各种类型的材料。铝合金具备很好的导电性、导热性、抗腐蚀性，被广泛应用在各类焊接结构的产品中，应用铝合金替代钢板材料进行焊接，可减轻结构质量50.0%以上。
铝合金特点主要包括：易氧化，在常温下铝表面会形成一道密度较高的三氧化二铝薄膜，这层薄膜能够阻止金属氧化，可实现材料防腐，但会增加焊接难度。导热系数比热容更大，铝导热系数为钢的四倍，为获得高质量的焊接接头，需要选择能量集中、功率大的热源。铝易形成烧穿、塌陷等缺陷。焊接很容易出现气孔，氧气空居多。线膨胀系数较大，会导致焊接变形。
2 铝合金弧焊工艺
铝合金弧焊工艺能够打造轻量化车身，这类车身结构与脚手架相似，通过累计零件，可保障输入热度的持续性，强化尺寸控制，合理调节材料参数、焊接接头、设备参数，可保障工装设计质量。目前应用的铝合金弧焊工艺，包括：铝电焊接、SPR自冲铆接、FDS热融自攻、铝合金弧焊，详细分析如下。
2.1 铝电焊接
铝与碳钢相比，铝合金焊接需要大电流、短时间、多脉冲电极压力，铝点焊对焊机、变压器、焊枪均有较高的要求。大电流会产生很大的磁场，对信号防干扰、工装防磁提出了很高的要求。目前铝合金点焊主要应用在外资高端车型中，常见的包括：特斯拉、凯迪拉克等。
2.2 SPR自冲铆接
SPR自冲铆接通过液压缸、伺服电动机，会直接将铆钉压入到待連接板材，在压力作用下，会导致铆钉出现塑性形变，在成型后会充盈到铆模中，以此形成一种全新的板材冷连接技术，可保障连接的稳定性。SPR自冲铆接最大的应用优点在于，能够实现不同板材、不同厚度连接，且连接强度较高。在设备选型、生产线规划阶段，对板材结构、板材组合、板材设计提出了很高的要求。SPR自冲铆接一般应用在高端车型设计中，比如：路虎、凯迪拉克。
2.3 FDS热融自攻
FDS热融自攻铆接系统，通过借助螺钉的高速旋转软化待连接的板材，在巨大的轴向压力作用下，可旋如待连接的板材，在板材与螺钉之间形成螺纹连接。就中心孔洞位置，会将母材挤出，在下层板底部形成一个环状套管。
2.4 铝合金弧焊
使用大功率的焊接电源，会破坏铝表面的氧化层，导致脉冲出现。目前较为成熟的铝合金弧焊，为SAF-FEO、CMT脉冲焊接技术。
3 铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用研究
基于铝合金特点基础上，参照铝合金弧焊工艺，强化铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用研究，详细分析如下。
3.1 母材
常型材、钣金材料多为5系、6系，板材的搭建厚度需要控制在1.5mm，避免影响焊接强度。就铸件、型材、钣金件的连接，需要综合考虑气孔问题，采取有效措施，避免焊接不良的现象出现，笔者认为一般不使用弧焊焊接工艺。若使用进口材料、真空压铸工艺，将无法保障焊接质量，会增加制造成本。针对1mm以下的钣金焊接，在其焊接阶段极易发生焊穿，严重的话还会导致反面鼓泡，不仅影响车身设计美观性，还影响工装设计质量。
3.2 设备选择
机器人自动焊接系统，应用的是大功率的加推拉丝焊枪，比如：DIGIWAVE SAF-500，系统自备有追踪功能，可实时追踪焊接电流、电压、热输入等参数。在制造阶段，能够完善焊接工艺指导书，以此满足焊接需求。首先，在焊接制造中，通过选择SAF-FRO冷双脉冲功能，在铝合金车身焊接阶段，针对一些不规则焊接缝，能够实现热输入的有效控制，以此强化熔池管控。其次，铝合金焊接阶段，诊断起弧收弧问题，SAF-FRO热起弧功能、数字化收弧等，能够保障焊缝的熔深性，将起弧率控制在100%，以此保障电弧的稳定性。收弧阶段，通过填充饱满焊缝，能够保障焊丝削球的理想性。
3.3 焊接结构
车身大面积使用型材连接，一般选择角接、塔接，这类焊接形式会出现短焊缝，无法保障焊缝质量。在设计前通过开展相应的强度实验，论证焊缝质量与强度，一般情况下，将焊缝长度控制自2cm。由于设计的型材过多，进而导致焊缝位置变化，焊枪无法及时进枪，进而增加工装设计难度。通过转换变位机角度，才可保障焊接质量，保障工艺施工的优良性。在设计阶段，应当综合考虑各类因素，合理设置焊接结构。
3.4 工装设计
铝合金焊接热输入相对较大，一般会产生1mm-2mm的收缩变形。在开展工装结构设计阶段，需要采取有效措施，最大程度避免工字型焊接结构的出现，尽量选择口子型封闭结构。就零件连接位置接缝处，应当将焊接缝控制在1mm以内，以此保障焊接质量。在车身尺寸链设计阶段，最好将设计时间间隙控制在0，通过连接两个零件的正负公差，以此保障搭接间隙的合理性与科学性。应当统一工装基准，强化尺寸掌控，健全车身结构。就夹具定位支撑面，需要借助U形结构定位。就车身精度，一旦发现焊接变形，应当摒弃常规测量尺寸，强化功能尺寸保护。
4 结束语
综上所述，铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用，对零件清洁度、零件生产环境温度/湿度、零件生产周期提出了很高的要求。在进行焊接前，需要进行限时打磨处理，就零部件中的粉尘与烟尘需要进行防爆处理。通过焊接工装，强化尺寸、应力管控，开展统筹考虑，可攻克铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用难点，突破技术限制，以此推动相关行业的发展。
参考文献
[1]王镝.轻量化工艺在车身开发中的应用研究[J].汽车工艺与材料，2019，10（01）：15-19+23.
[2]刘达工，吴江峰.铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用[J].汽车工艺师，2017，20（06）：12-13.
[3]沈建东，王镝.车身轻量化技术策略的研究和应用[J].上海汽车，2016，20（06）：42-47.
（作者单位：中国三安建设集团有限公司）
关键词：铝合金弧焊工艺；轻量化车身；应用研究
铝合金弧焊工艺能够打造轻量化车身，这类车身结构与脚手架相似，通过累计零件，可保障输入热度的持续性，强化尺寸控制，合理调节材料参数、焊接接头、设备参数，可保障工装设计质量。本文主要阐述、探讨铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用，详细研究如下。
1 铝合金的特点
纯铝密度为2.7g/cm?，是铁的1/3，熔点较低一般在660℃。铝合金密度较低，强度相对较高，与优质钢接近，因此铝合金的塑性较好，能够加工成各种类型的材料。铝合金具备很好的导电性、导热性、抗腐蚀性，被广泛应用在各类焊接结构的产品中，应用铝合金替代钢板材料进行焊接，可减轻结构质量50.0%以上。
铝合金特点主要包括：易氧化，在常温下铝表面会形成一道密度较高的三氧化二铝薄膜，这层薄膜能够阻止金属氧化，可实现材料防腐，但会增加焊接难度。导热系数比热容更大，铝导热系数为钢的四倍，为获得高质量的焊接接头，需要选择能量集中、功率大的热源。铝易形成烧穿、塌陷等缺陷。焊接很容易出现气孔，氧气空居多。线膨胀系数较大，会导致焊接变形。
2 铝合金弧焊工艺
铝合金弧焊工艺能够打造轻量化车身，这类车身结构与脚手架相似，通过累计零件，可保障输入热度的持续性，强化尺寸控制，合理调节材料参数、焊接接头、设备参数，可保障工装设计质量。目前应用的铝合金弧焊工艺，包括：铝电焊接、SPR自冲铆接、FDS热融自攻、铝合金弧焊，详细分析如下。
2.1 铝电焊接
铝与碳钢相比，铝合金焊接需要大电流、短时间、多脉冲电极压力，铝点焊对焊机、变压器、焊枪均有较高的要求。大电流会产生很大的磁场，对信号防干扰、工装防磁提出了很高的要求。目前铝合金点焊主要应用在外资高端车型中，常见的包括：特斯拉、凯迪拉克等。
2.2 SPR自冲铆接
SPR自冲铆接通过液压缸、伺服电动机，会直接将铆钉压入到待連接板材，在压力作用下，会导致铆钉出现塑性形变，在成型后会充盈到铆模中，以此形成一种全新的板材冷连接技术，可保障连接的稳定性。SPR自冲铆接最大的应用优点在于，能够实现不同板材、不同厚度连接，且连接强度较高。在设备选型、生产线规划阶段，对板材结构、板材组合、板材设计提出了很高的要求。SPR自冲铆接一般应用在高端车型设计中，比如：路虎、凯迪拉克。
2.3 FDS热融自攻
FDS热融自攻铆接系统，通过借助螺钉的高速旋转软化待连接的板材，在巨大的轴向压力作用下，可旋如待连接的板材，在板材与螺钉之间形成螺纹连接。就中心孔洞位置，会将母材挤出，在下层板底部形成一个环状套管。
2.4 铝合金弧焊
使用大功率的焊接电源，会破坏铝表面的氧化层，导致脉冲出现。目前较为成熟的铝合金弧焊，为SAF-FEO、CMT脉冲焊接技术。
3 铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用研究
基于铝合金特点基础上，参照铝合金弧焊工艺，强化铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用研究，详细分析如下。
3.1 母材
常型材、钣金材料多为5系、6系，板材的搭建厚度需要控制在1.5mm，避免影响焊接强度。就铸件、型材、钣金件的连接，需要综合考虑气孔问题，采取有效措施，避免焊接不良的现象出现，笔者认为一般不使用弧焊焊接工艺。若使用进口材料、真空压铸工艺，将无法保障焊接质量，会增加制造成本。针对1mm以下的钣金焊接，在其焊接阶段极易发生焊穿，严重的话还会导致反面鼓泡，不仅影响车身设计美观性，还影响工装设计质量。
3.2 设备选择
机器人自动焊接系统，应用的是大功率的加推拉丝焊枪，比如：DIGIWAVE SAF-500，系统自备有追踪功能，可实时追踪焊接电流、电压、热输入等参数。在制造阶段，能够完善焊接工艺指导书，以此满足焊接需求。首先，在焊接制造中，通过选择SAF-FRO冷双脉冲功能，在铝合金车身焊接阶段，针对一些不规则焊接缝，能够实现热输入的有效控制，以此强化熔池管控。其次，铝合金焊接阶段，诊断起弧收弧问题，SAF-FRO热起弧功能、数字化收弧等，能够保障焊缝的熔深性，将起弧率控制在100%，以此保障电弧的稳定性。收弧阶段，通过填充饱满焊缝，能够保障焊丝削球的理想性。
3.3 焊接结构
车身大面积使用型材连接，一般选择角接、塔接，这类焊接形式会出现短焊缝，无法保障焊缝质量。在设计前通过开展相应的强度实验，论证焊缝质量与强度，一般情况下，将焊缝长度控制自2cm。由于设计的型材过多，进而导致焊缝位置变化，焊枪无法及时进枪，进而增加工装设计难度。通过转换变位机角度，才可保障焊接质量，保障工艺施工的优良性。在设计阶段，应当综合考虑各类因素，合理设置焊接结构。
3.4 工装设计
铝合金焊接热输入相对较大，一般会产生1mm-2mm的收缩变形。在开展工装结构设计阶段，需要采取有效措施，最大程度避免工字型焊接结构的出现，尽量选择口子型封闭结构。就零件连接位置接缝处，应当将焊接缝控制在1mm以内，以此保障焊接质量。在车身尺寸链设计阶段，最好将设计时间间隙控制在0，通过连接两个零件的正负公差，以此保障搭接间隙的合理性与科学性。应当统一工装基准，强化尺寸掌控，健全车身结构。就夹具定位支撑面，需要借助U形结构定位。就车身精度，一旦发现焊接变形，应当摒弃常规测量尺寸，强化功能尺寸保护。
4 结束语
综上所述，铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用，对零件清洁度、零件生产环境温度/湿度、零件生产周期提出了很高的要求。在进行焊接前，需要进行限时打磨处理，就零部件中的粉尘与烟尘需要进行防爆处理。通过焊接工装，强化尺寸、应力管控，开展统筹考虑，可攻克铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用难点，突破技术限制，以此推动相关行业的发展。
参考文献
[1]王镝.轻量化工艺在车身开发中的应用研究[J].汽车工艺与材料，2019，10（01）：15-19+23.
[2]刘达工，吴江峰.铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用[J].汽车工艺师，2017，20（06）：12-13.
[3]沈建东，王镝.车身轻量化技术策略的研究和应用[J].上海汽车，2016，20（06）：42-47.
（作者单位：中国三安建设集团有限公司）