鋁合金在車身上的應用

——焊接工藝方面鋁合金在汽車應用的優(yōu)勢

車身輕量化的研究是現(xiàn)代車身設計的一大主流。當前，節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適、智能和網(wǎng)絡是汽車技術發(fā)展的總趨勢，尤其是節(jié)能和環(huán)保更是關系人類可持續(xù)發(fā)展的重大問題。因此，降低燃油消耗、減少向大氣排出CO2和有害氣體及顆粒已成為汽車界主要的研究課題。減小汽車自身質量是汽車降低燃油消耗及減少排放的最有效措施之一。目前，車身輕量化發(fā)展主要有兩個方向，一個是優(yōu)化汽車框架結構；一個是在車身制造上采用輕質材料。而鋁合金在汽車上的應用就是考慮了第二個方向。鋁合金在汽車上應用實例雷諾的發(fā)動機罩，車頂和車門板都使用鋁合金。奧迪A2、A8、捷豹的XJ用鋁合金來制造車身前部的結構件和外部板件。寶馬5系列的前圍前罩板，是用5000型鋁鎂合金制造的。鋁合金的焊接方法鋁合金的焊接方法很多，須根據(jù)鋁合金的牌號、焊件的用途和工作環(huán)境、產(chǎn)品結構、生產(chǎn)條件以及焊接接頭質量要求等因素加以選擇。常用的焊接方法有：氣焊、焊條電弧焊、脈沖氬弧焊、電渣焊、鉚接、等離子弧焊和激光焊等。近年來,國內(nèi)外學者提出了幾種鋁合金焊接新技術,這些技術較好地解決了MIG焊、TIG焊以及電阻點焊焊接鋁合金所帶來的熱變形大、焊接效率低等缺點,因此在汽車制造業(yè)中得到了廣泛應用。主要介紹了用于鋁合金焊接的激光焊在汽車制造中的應用。激光焊接車身鋁合金的焊接特點(1)極強的氧化能力。鋁合金與氧的親和力很大，在空氣中極易氧化,并在其表面生成致密的、厚度約為0.1mm氧化膜,其熔點極高(約2050℃)、密度大，屬于難熔物質,焊接時會阻礙金屬之間的良好結合，導致未焊透、焊縫夾渣、不熔合現(xiàn)象,由于氧化膜吸附大量水分，容易使焊縫產(chǎn)生氣孔。(2)較大的導熱系數(shù)和比熱容。鋁及鋁合金的導熱系數(shù)、比熱容都很大，約比鋼大一倍多，所以，在焊接過程中大量的熱能會被迅速地傳導到基體金屬的內(nèi)部和釋放到周圍的空氣中去，因此焊接時，必須采用能量集中、功率大的熱源，有時需采用預熱等工藝措施。經(jīng)驗表明：焊接鋁合金時，要輸入比焊接鋼時大2～4倍的焊接熱，才能達到與鋼相同的焊接速度。鋁合金的焊接特點(3)線膨脹系數(shù)大。鋁的線膨脹系數(shù)約比鋼大2倍，凝固時體積收縮率達6.5%～6.6%。因此，在此條件下焊接時易產(chǎn)生較大的焊接應力和變形，或在脆性溫度區(qū)間內(nèi)導致熱裂紋。生產(chǎn)中常采用調(diào)整焊絲成分的方法防止裂紋的產(chǎn)生。(4)容易形成氣孔。焊接接頭中的氣孔是鋁合金的焊接中易產(chǎn)生的另一個常見的缺陷，氫是熔焊時產(chǎn)生氣孔的主要原因。鋁及鋁合金的液體熔池很容易吸收氣體，高溫下溶入的大量氣體，在焊后冷卻凝固過程中來不及析出，就聚集在焊縫中形成氣孔?；≈鶜夥罩械乃?，焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是焊縫氣體中氫的主要來源，因此焊接前必須嚴格清理，并合理選擇焊金屬加工工藝防止氣孔的產(chǎn)生。鋁合金的焊接特點(5)高溫下的強度和塑性低。鋁合金焊接接頭強度低于母材，即有軟化現(xiàn)象。焊接接頭力學性能較難保證，抗拉強度低，塑性不足，是鋁合金應用的一大障礙。(6)加熱時無色澤變化。鋁合金從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時，無明顯的顏色變化，給焊接操作帶來困難。激光焊接鋁合金技術必要性：熱輸入少，能量密度集中，熱影響區(qū)窄，變形小，獲得較大熔深的特點

激光焊的工藝特點◆能量密度高，可焊接難加工材料；◆焊接質量高，焊深大，焊縫組織細密；◆熱影響區(qū)和變形區(qū)??；可焊接物理性質相差較大的不同材料；◆無接觸加工；◆高柔性，與CAD/CAM組成多功能激光加工系統(tǒng)：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，使輻射作用區(qū)的金屬燒熔粘合而形成焊接接頭。焊接接頭形式對接和搭接對接裝配間隙應小于材料厚度的15%，且要遠小于激光在工件表面光斑尺寸。搭接時，裝配間隙應小于材料厚度的25%。結論：對接這種拼焊工藝，吸收率大，光束在拼接處人工制孔，在小孔內(nèi)來回折射，增大了激光吸收鋁合金激光焊接接頭缺陷及防止措施氣孔形成原因：被鋁吸附的氣體在加熱過程中溶解度增大，冷卻過程中溶解度又急劇降低(如氫)來不及析出導致的；低熔點、高蒸汽壓合金元素燒損,,這樣熔池金屬波動,小孔不穩(wěn)定,也會使氣孔生成。措施：表面清理，防潮；保護氣體等鋁合金激光焊接接頭缺陷及防止措施鋁及鋁合金激光焊接裂紋

原因：結晶裂紋是焊縫金屬結晶時,在柱狀晶邊界形成Al2Si、Mg2Si、Al2Mg2Si等低熔點共晶導致。措施：采用填充金屬方法可有效避免熱裂紋。如：采用高Mg含量的Al2Mg2Zn焊絲焊接低Mg含量的Al2Cu2Zn合金;用Al25%Si焊絲焊接Al2Cu2Mg合金板,很好地控制了熱裂紋。

焊后清理焊后留在焊縫及鄰近的殘存熔劑和焊渣，需要及時清理干凈，否則在空氣、水分的作用下殘存的熔劑和焊渣會破壞具有防腐作用的氧化鋁薄膜，而激烈地腐蝕鋁件。因此，焊后應隨即清除工件上殘存的熔劑和焊渣。對于要求高的焊縫接頭采用的清渣方法和步驟：在熱水中用硬毛刷仔細洗刷焊接接頭；在溫度為60～80℃左右，濃度為2～3的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液中侵洗約5～l0分鐘，并用硬毛刷仔細洗刷；在熱水中沖刷洗滌；在干燥箱中烘干或用熱空氣吹干，也可以自然干燥。對于要求一般的焊縫接頭，可以采用熱水沖刷或蒸氣吹刷等較為簡單的方法清理。檢查和試驗

為了保證點焊的質量，要制定并遵守正確的焊接程序和焊接規(guī)范，在生產(chǎn)過程中，還要有常規(guī)的檢查程序。焊接參數(shù)要周期性地進行檢查，用與工件相