【技术帖】铝合金汽车轻量化及其焊接新技术

　　摘要：在经济快速发展的背景下，人们对汽车的需求也在逐渐提升，倒逼汽车行业的快速进步与发展。铝合金是汽车轻量化发展的方向，已经成为汽车行业中广泛使用的材料之一，铝合金的使用可以有效降低汽车的整体车身质量、减少能源消耗，与我国节能、环保的发展目标完全符合，并且合理利用焊接的新技术为汽车轻量化提供技术保障，对汽车行业的可持续发展具有重要意义。本文简要概述了铝合金特点，分析了铝合金在汽车轻量化中的应用，并对铝合金汽车焊接的新技术进行了研究。

　　关键词：铝合金；汽车轻量化；焊接技术

　　引言

　　社会经济的进步以及科技的发展，使人们的生活水平不断提升，汽车的使用也越来越普遍，可以为人们的日常出行提供一定的便利，但是由于我国可用能源一直处于短缺的状况之中，加上汽车的需求量不断提升，给汽车行业的发展带来了新的挑战。现阶段，汽车行业为了与我国绿色、环保的战略目标相符合，并且尽可能的满足人们对汽车舒适性以及轻量化的需求，既要不断提升汽车的整体质量，还要对汽车的生产成本进行严格的控制，并且合理利用新型焊接技术，有效改善汽车出现气孔以及裂痕等情况，使汽车的未来发展向轻量化的方向努力。

　　铝合金的特点

　　铝合金具有耐腐蚀性好、成本低、可回收、便于加工以及重量轻等特点，将其应用于汽车的生产当中可以有效降低能源的浪费，并且在汽车的原材料中所占比例已经高达60%。就耐腐蚀性而言，铝的表面很容易产生相应的氧化膜，其抗氧化能力较强，可以有效降低汽车的汽车的腐蚀程度，并且铝合金尤其适用于汽车车体中不宜涂刷防腐材料的位置，既可以增强汽车的使用寿命，又可以改善汽车的美观程度以及舒适性，另外，目前我国所使用的铝大多都是再生铝，可以有效降低能源的损耗，回收利用可以有效降低能源损耗的95%以上，与我国节约、环保的要求完全相符[1]。与此同时，在汽车车身生产中使用铝合金可以有效利用铝挤压技术，从而有效降低焊点的数量，在一定程度上减少了汽车的加工工序，全面提升汽车生产的装配效率。

　　铝合金在汽车轻量化中的应用

　　汽车轻量化就是在确保启程的强度、性能、安全以及稳定性的情况下，对汽车进行整体质量的减轻，从而确保汽车燃料可以得到充分的利用，将使用效率最大化，既可以为汽车提供更大的动力支持，又能有效避免汽车对于能源材料的使用，还可以减少汽车排放的污染气体，具有百利而无一害的作用。

　　2.1 铝合金在车身中的应用

　　车身占据整个车辆质量的三成以上，对能源的消耗达到了七成以上，车身是能源消耗最大的位置，所以，若想实现能源的减少，就要将车身实现轻量化。在实际的车辆生产中，有效利用铝合金进行车身的制作，不仅可以将车辆的整体质量降低，还可以降低车辆成本的投入。例如：奥迪A8就是采用全铝的制作，与传统的汽车比较之后就会发现，A8的车身质量出现了十分明显的降低，整体质量约减少40%以上，并且在同一种车型中，使用铝合金材料与不使用铝合金材料相比，就车身的抗碰撞性而言也会存在一定的差距，使用铝合金的明显优于未使用的[2]。

　　2.2 铝合金在底盘中的应用

　　在对汽车进行轻量化的过程中，底盘的优化是不容忽视的，也是一个比较容易实现的位置。底盘的悬挂系统中，铝合金材料的使用已经逐渐受到关注，铝合金动盘与传统铁质动盘相比，重量明显下降了70%左右，尽管铝合金的成本较高于铁质成本，但是将汽车的使用寿命提升了两倍，整体来看铝合金的性价比是很高的，因此，将铝合金材料应用于地车底盘之中不仅满足了汽车的轻量化，还延长了配件的使用寿命。

　　2.3铝合金在打发动机中的应用

　　现阶段，已经有许多汽车生产企业利用铝合金来进行发动机部件的制作。就活塞而言，铝合金活塞不仅可以降低自身的重量，还可以改善曲轴配重以及活塞的惯性，从而将活塞的使用效率不断提升，并且铝合金具有极强的导热性，可以在超高温的情况下进行工作，同时保持较高的力学特性，还可以有效改善汽车噪音、油耗以及振动等问题，对汽车的舒适度具有一定的促进作用。

　　2.4铝合金在车轮中的应用

　　在整个车辆的重量中，车轮所占的比较相对较高，因此，可以通过减少车轮质量的方式来降低车辆的整体重量，铝合金车轮的制造会比传统的车轮制造更加简单，并且具有减震性能、抗腐蚀性能以及耐久性等等优点，通常情况下，车轮重量降低一千克，车辆就会多行驶800米左右，减少燃油的使用既可以降低能源消耗，又降低污染气体的排放，完全满足节能、环保的需求。

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　　铝合金汽车焊接的新技术

　　3.1铝合金激光焊接技术

　　与传统的焊接技术相比，激光焊接具有焊缝较小、焊接速度快以及热应变小等特点，可以很大程度的降低汽车的质量，并且随着激光加工设备的不断完善与开发，助推了铝合金激光焊接技术的快速发展，尤其是在进行20-30米长度的焊接时，可以完全取代电阻焊以及MAG，其焊接原理如图1所示。

图1 铝合金激光焊接技术

　　使用激光焊接技术的优点包括以下几个方面：①焊接成本低。激光焊的施工环境要求较低，不用在真空以及电极的环境中，并且在进行焊接之前无需严格清理，从而有效降低了焊接的成本以及工时；②接头质量高。使用激光焊接技术，可以达到105-109W/cm2的功率，加上其热输入较低、热影响的区域相对较小、熔深大、能量密度较高等等，并且焊缝较小、冷却速度快的优点，所以，其焊接的接口质量很高[3]。③使用范围广。激光焊接技术是一种无须接触就可以进行焊接的技术，被焊接的物体不会受到任何电磁的影响，并且可以在不进行拆解的情况下，对密封的物体进行内部焊接，使焊接后的物体具有一定的工艺性在机械手以及计算机的配合下，可以实现焊接的精密控制以及自动化。

　　3.2激光-电弧复合焊技术

　　激光-电弧复合焊接技术是70年代末国外学者提出的焊接方法，其焊接原理如图2所示。熔池的上方因为激光的存在而产生的等离子体对电弧的稳定性具有重要作用，既可以有效降低金属表面发生的激光束反射情况，还可以将电弧等离子体进行光的吸收，从而将激光束的整体传输效率不断提升，这一技术将电弧以及激光的优点进行了综合[4]。

图2 激光-电弧复合焊技术

　　激光-电弧复合焊接技术的优点主要有以下几个方面：①焊接性能好。激光-电弧复合焊接技术将激光以及电弧的优点进行融合，获得了加热范围广以及高能密度的特点，从而获得了高密度以及高能量的热输入，有效降低了焊接裂纹的出现；②焊接效果更加稳定。如果焊接的过程中，其速度过快就会使阳极斑点出现不稳定的情况，从而使电弧发生飘移，但是由于激光的存在会为电弧形成相应的阳极斑点给予良好的条件，所以，激光与电弧的配合下，尽管在高速的焊接情况下，也会处于相对稳定的状态[5]；③热量利用率高。因为电弧的影响，焊接区激光束产生的等离子体被稀释，减少了等离子体对激光能量的放射以及吸收，并且电弧所产生的熔融铝合金表面，对激光能量进行吸收具有一定的促进作用，从而将激光利用率不断提升。

　　3.3 搅拌摩擦焊接技术

　　搅拌摩擦焊接技术是英国研发的，其工作原理如图3所示，将具有特殊性质的搅拌头插进工件之上，使高速旋转的搅拌头与工件之间发生摩擦，并利用所产生的热量对金属进行热塑性的过程，另外，在进行搅拌的过程中，前端受到压力的作用从而向后端发生塑性流动，进而完成整个压焊过程[6]。

图3 搅拌摩擦焊接技术

　　使用搅拌摩擦焊接技术具有以下几个有点：①在进行焊接的过程中不会产生烟尘以及飞溅，并且整个操作中均不会出现有害光线，例如：红外线、紫外线；②焊接后不会发生变形，由于搅拌焊接的温度较低，焊接以后的剩余应力远小于熔化焊，加上在热塑性的过程中也不会出现形变的过程，所以在焊接完成以后不会出现变形的情况[7]；③应用的范围相对较广，可以进行所有铝合金材料的焊接，并且不受任何轴类部件的限制，可以进行多种形式的接头焊接，例如：塔接、对接等；④焊接成本低。在进行搅拌焊接时，无需消耗焊丝、保护气体、焊剂以及焊条等材料，另外，传统的焊接方式需要将铝合金表面的氧化膜去掉，但是搅拌焊接只需要将被焊物体表面的油污去掉即可，不仅可以有效降低能源的消耗，其污染性也相对较小，可以为汽车实现轻量化提供重要保障[8]。

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　　结束语

　　综上所述，随着社会经济的进步以及科技的发展，人们的生活水平不断提升，汽车的使用也越来越普遍，已经成为人们出行的重要交通工具之一，但是由于我国能源相对短缺，并且为了与绿色、环保的战略目标相符合，给汽车生产带来的新的挑战，因此，需要合理的利用铝合金材料，使汽车向着轻量化的方向发展，并且有效使用新型的焊接技术，最大程度的降低能源消耗，为实现汽车轻量化提供一定的技术保障。

　　来源：期刊-《内燃机与配件》；作者：王正科

　　（四川城市职业学院）

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