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铝合金弧焊工艺在轻量化车身上的应用研究

作者:未知

  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)
论文来源:《科学与技术》 2019年16期
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