轻量化车身的连接工艺.docx

          轻量化车身的连接工艺                    摘要：目前轻量化车身的主要连接工艺有铝点焊、自冲铆接、无钉铆接、流钻螺接、激光焊接、胶接等，本文详细介绍了这些连接工艺的特点，并介绍各种连接工艺的实际使用情况 关键词：轻量化　铝焊接　自冲铆接 热熔螺接 激光焊接 　　轻量化对降低油耗（耗电量）、减少废气排放有着重要的作用，各大汽车厂商纷纷选择“车身轻量化” 的方法，来提升产品竞争力车身轻量化的主要通过两方面来实现：其一是使用更轻的材质，铝合金、镁合金、碳纤维等；其二是优化零件结构，在保证汽车的安全性的前提下，使部件薄壁化、中空化减少材料用量由于铝合金、镁合金的加工难度要比钢材大，所以研究这类轻质材料的连接工艺显得尤为重要目前，轻量化车身的主要连接工艺有：铝点焊、自冲铆接、无钉铆接、流钻螺接、激光焊接、胶接等，下面详细介绍这些工艺的特点及使用情况　　一、铝点焊 铝点焊简称RSWA，其原理与钢点焊相同，都是焦耳热量原理铝合金具有低电阻、高导热系数、传热快，焊接时存在很大的软化区域铝合金表面的氧化物具有高电阻、高熔点，焊接时采用大电流、大压力、短时间焊接时为了覆盖焊核及其软化区域，使用大直径的接触面电极帽。

由于大压力、大电流，使得电极帽的磨损加剧，加之铝表面的氧化层，在加热过程中会粘连到电极帽上，污染电极帽目前铝点焊技术有：通用拥有多圆环电极和福尼斯Delta Spot电阻点焊，前者是在电极帽上设计了几个凸起的同心圆环，焊接时在圆环的大压力下刺破铝表面的氧化层，电极帽与板件接触面的电阻降低，热量集中在板件的接触面，从而形成稳定的焊核后者是在于电极帽与工件之间增加了一层电极带，焊接时压住电极带一起焊接，焊接完后电极带移动到下一个位置，这样每次焊接都是用“全新”的电极帽，每次的焊接条件都相同，从而保证焊点质量 　 二、自冲铆接自冲铆接通常也称为锁铆（Self piercing riveting 简称SPR），SPR是用于两种或两种以上板材冷连接技术铆钉穿透顶层板材之后，在铆模的作用下铆钉尾部的中空结构扩张刺入而不刺穿底层板材，从而形成牢固的铆接点自冲铆接可适用钢、铝、镁等材质可以任意组合连接，甚至在多层连接情况，还可以有塑料材质的工件自冲铆接最多可以铆接5层板件，钢铝搭接总厚度可以达到6mm，铝材搭接总厚度可以达到10mm为了保证铆接的质量，自冲铆接要遵守以下原则：铆钉从薄到厚、从硬到软、从钢到铝，并且要求薄板厚度不低于总厚1/3，底层材料的延伸率大于12%（底层最薄铝1.0钢0.8）。

如果无法满足前述的原则，需要在工件搭接处增加涂胶，自冲铆接与胶接组合使用，以保证工件连接牢固、稳定三、无钉铆接无钉铆接（Clinching），也叫TOX连接原理是：通过上下模具，在工件的搭接处挤压形成一个相互镶嵌的圆点或者矩形点，利用材料自身的塑型将两层或多层板件连接起来铆接强度由板材的嵌入量，以及上层板材塑型的颈部厚度决定TOX连接动力由液压缸提供整个动力装置是气压控制液压，此机构集气压与液压的优势于一体气压的优势是控制简便、可靠、经济和气源方便;液压的优势是易产生高压TOX技术的优点有：冷连接，不破坏工件镀层、耐腐蚀，成本低无需铆钉，连接费用为点焊的40%~70%TOX连接的缺点是静态强度和疲劳强度都较低，所以常用于四门两盖等非承重的部件上四、流钻螺接流钻螺接通常也叫热熔自攻丝或热熔直钻螺接，英文简称FDS（Flow drill screw）其原理是通过螺钉的高速旋转与板材摩擦生热，将高强钢、铝合金等金属加热到了熔融状态，之后螺钉再旋入熔融金属区域，最终在螺钉和板材之间形成螺纹连接熔融的板材受螺钉的压力往下延伸，使得攻丝区域加长，增加了螺钉的连接强度如图5所示，机器人抓持“流转螺接枪”。

FDS是单面连接工艺，实质上是自攻丝， FDS的连接处一般是平面FDS的连接过程包括6个阶段：旋转（加热）→穿透→通孔→攻螺纹→拧螺纹→紧固，螺钉与工件的状态如图1所示图1 由于FDS的工艺原理是螺钉与工件摩擦生热，再穿透工件，当工件的硬度过高时，就需要在上层工件开预制孔有预制孔，螺钉的下压力可以减小，穿刺工件也更容易一些强度低于350MPa时无需预制孔的最大总厚度为2mm，350-600MPa时无需预制孔的总厚度为1.5mm，大于600MPa总厚度应小于1.0mm才无需预制孔FDS螺钉的穿刺方向要遵守：从薄到厚、板材强度从弱到强由于FDS在流钻过程中产生的温度是小于材料的再结晶温度安装过后翻边在剩余温度作用下收缩，使螺钉和翻边紧贴，使得拔出力和剪切力都变大，从而获得较高的动态安全性FDS的优点是:单面操作，可以连接多种材质的板件，螺钉可以拆卸，气密性和水密性好，噪音较低缺点是：单个连接点工时间比较长，设备成本、螺钉的成本都比较高五、激光焊接激光焊接已经大量应用于白车身焊接领域，采用激光焊接，可以减小车身重量、提升车身强度、提高车身精度通常分为熔焊和钎焊两种，熔焊即熔化母材，形成液态金属，冷却后就变为焊缝连接母材，熔焊不需要填充物；钎焊就是把填充物加热熔化，熔液侵入缝隙，形成焊缝连接母材，钎焊给母材加热，但是不熔化母材，钎焊必须要有填充物（焊丝）。

熔焊激光的功率需要4KW，钎焊需要2KW在轻量化车身，激光焊接主要应用于顶盖与侧围的焊接激光焊接，除了我们常见的激光拼焊、激光飞行焊、激光钎焊、激光复合焊近年丰田汽车开发出了激光螺旋焊，焊接后的焊核与普通的电焊焊核类似，呈圆柱状它的外观是直径为5mm的圆形焊接点，一面是凹坑，另一面是平面这种焊接技术允许板件有间隙；焊接时间快，每个焊点只需要0.3~0.9秒，效率是普通点焊2~3倍；焊点分布可以更密集，单侧工艺，应用的场合更多，可以连接多层板，4层板件仍然可以有效的焊接，如图13为激光螺旋焊点的截面图激光螺栓焊在丰田车系上主要用于侧围门洞止口边，用于增强车身的整体刚度，替代传统的焊点，缩短工序时间六、胶接　　胶接就是用胶粘剂填充到零件间的缝隙里，固化后有足够强度的一种工艺与其他技术相比，具有工艺简单、应用范围广、载荷分布均匀，变形小等特点不同材质，或者厚度相差很大的两个工件也可以使用，同时胶接工件的变形小通常在焊接车间我们所见到的点焊密封胶、减震胶、折边胶、结构胶都属于胶接的范畴前两种胶主要是提升车身的NVH；后两种胶主要是“以胶代焊”提高车身的强度的点焊密封胶主要成份是橡胶和增黏剂，减震胶主要成份是橡胶和增黏树脂。

折边胶和结构胶的主要成份都是改性环氧树脂，两者的特性也很接近：弹性好、粘接强度高，某些结构胶的粘接强度与焊点的强度完全等效，固化后粘接强度足以取代焊点折边胶主要用于四门两盖的轮廓包边位置，代替焊点提高车身的外观质量，结构胶主要用于车身骨架结构复杂无法焊接的部位结构胶可以降低应力集中，提高车身强度以上为轻量化车身连接工艺种最常见、使用最频繁的几种工艺，其他工艺如：高速射钉、搅拌摩擦焊、自穿刺电阻焊等应用比较少 综上所述，铝焊接、自冲铆接（SPR）、无钉铆接（TOX）、流钻螺接（FDS）、激光焊接、胶接等连接工艺是轻量化车身的主要连接方式，各种工艺在实际的生产中也得到验证，并且不断的完善，日趋成熟 参考文献：[1] 戴竞 李金山 吴勇彪 TOX技术在汽车轻量化中的应用 AI《汽车制造业》 [2] 杜坤 刘峰 铝合金连接技术的轻量化应用 AI《汽车制造业》[3] 旺材汽车轻量化 车身轻量化材料与连接技术分析（含钢钢、钢铝、铝材连 接  -全文完-。