铝合金在车身上的应用

铝合金在车身上的应用

——焊接工艺方面铝合金在汽车应用的优势

车身轻量化的研究是现代车身设计的一大主流。当前，节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的总趋势，尤其是节能和环保更是关系人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车界主要的研究课题。减小汽车自身质量是汽车降低燃油消耗及减少排放的最有效措施之一。目前，车身轻量化发展主要有两个方向，一个是优化汽车框架结构；一个是在车身制造上采用轻质材料。而铝合金在汽车上的应用就是考虑了第二个方向。铝合金在汽车上应用实例雷诺的发动机罩，车顶和车门板都使用铝合金。奥迪A2、A8、捷豹的XJ用铝合金来制造车身前部的结构件和外部板件。宝马5系列的前围前罩板，是用5000型铝镁合金制造的。铝合金的焊接方法铝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,国内外学者提出了几种铝合金焊接新技术,这些技术较好地解决了MIG焊、TIG焊以及电阻点焊焊接铝合金所带来的热变形大、焊接效率低等缺点,因此在汽车制造业中得到了广泛应用。主要介绍了用于铝合金焊接的激光焊在汽车制造中的应用。激光焊接车身铝合金的焊接特点(1)极强的氧化能力。铝合金与氧的亲和力很大，在空气中极易氧化,并在其表面生成致密的、厚度约为0.1mm氧化膜,其熔点极高(约2050℃)、密度大，属于难熔物质,焊接时会阻碍金属之间的良好结合，导致未焊透、焊缝夹渣、不熔合现象,由于氧化膜吸附大量水分，容易使焊缝产生气孔。(2)较大的导热系数和比热容。铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，约比钢大一倍多，所以，在焊接过程中大量的热能会被迅速地传导到基体金属的内部和释放到周围的空气中去，因此焊接时，必须采用能量集中、功率大的热源，有时需采用预热等工艺措施。经验表明：焊接铝合金时，要输入比焊接钢时大2～4倍的焊接热，才能达到与钢相同的焊接速度。铝合金的焊接特点(3)线膨胀系数大。铝的线膨胀系数约比钢大2倍，凝固时体积收缩率达6.5%～6.6%。因此，在此条件下焊接时易产生较大的焊接应力和变形，或在脆性温度区间内导致热裂纹。生产中常采用调整焊丝成分的方法防止裂纹的产生。(4)容易形成气孔。焊接接头中的气孔是铝合金的焊接中易产生的另一个常见的缺陷，氢是熔焊时产生气孔的主要原因。铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气体，高温下溶入的大量气体，在焊后冷却凝固过程中来不及析出，就聚集在焊缝中形成气孔。弧柱气氛中的水分，焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是焊缝气体中氢的主要来源，因此焊接前必须严格清理，并合理选择焊金属加工工艺防止气孔的产生。铝合金的焊接特点(5)高温下的强度和塑性低。铝合金焊接接头强度低于母材，即有软化现象。焊接接头力学性能较难保证，抗拉强度低，塑性不足，是铝合金应用的一大障碍。(6)加热时无色泽变化。铝合金从固态变为液态时，无明显的颜色变化，给焊接操作带来困难。激光焊接铝合金技术必要性：热输入少，能量密度集中，热影响区窄，变形小，获得较大熔深的特点

激光焊的工艺特点◆能量密度高，可焊接难加工材料；◆焊接质量高，焊深大，焊缝组织细密；◆热影响区和变形区小；可焊接物理性质相差较大的不同材料；◆无接触加工；◆高柔性，与CAD/CAM组成多功能激光加工系统：激光焊接基本原理原理：利用功率密度很高的激光束聚焦工件表面，使辐射作用区的金属烧熔粘合而形成焊接接头。焊接接头形式对接和搭接对接装配间隙应小于材料厚度的15%，且要远小于激光在工件表面光斑尺寸。搭接时，装配间隙应小于材料厚度的25%。结论：对接这种拼焊工艺，吸收率大，光束在拼接处人工制孔，在小孔内来回折射，增大了激光吸收铝合金激光焊接接头缺陷及防止措施气孔形成原因：被铝吸附的气体在加热过程中溶解度增大，冷却过程中溶解度又急剧降低(如氢)来不及析出导致的；低熔点、高蒸汽压合金元素烧损,,这样熔池金属波动,小孔不稳定,也会使气孔生成。措施：表面清理，防潮；保护气体等铝合金激光焊接接头缺陷及防止措施铝及铝合金激光焊接裂纹

原因：结晶裂纹是焊缝金属结晶时,在柱状晶边界形成Al2Si、Mg2Si、Al2Mg2Si等低熔点共晶导致。措施：采用填充金属方法可有效避免热裂纹。如：采用高Mg含量的Al2Mg2Zn焊丝焊接低Mg含量的Al2Cu2Zn合金;用Al25%Si焊丝焊接Al2Cu2Mg合金板,很好地控制了热裂纹。

焊后清理焊后留在焊缝及邻近的残存熔剂和焊渣，需要及时清理干净，否则在空气、水分的作用下残存的熔剂和焊渣会破坏具有防腐作用的氧化铝薄膜，而激烈地腐蚀铝件。因此，焊后应随即清除工件上残存的熔剂和焊渣。对于要求高的焊缝接头采用的清渣方法和步骤：在热水中用硬毛刷仔细洗刷焊接接头；在温度为60～80℃左右，浓度为2～3的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中侵洗约5～l0分钟，并用硬毛刷仔细洗刷；在热水中冲刷洗涤；在干燥箱中烘干或用热空气吹干，也可以自然干燥。对于要求一般的焊缝接头，可以采用热水冲刷或蒸气吹刷等较为简单的方法清理。检查和试验

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。焊接参数要周期性地进行检查，用与工件相