汽车铝合金车身焊接工艺开发与应用分析

王飞

南京交通技师学院/南京交通中等专业学校  210049

摘要：铝合金具有典型的优质材料属性，不仅密度低、重量轻，而且具有更高的比强度与可塑性，这就使得铝合金逐步成为航空航天、轨道交通、建筑工业、石油工业等诸多制造业中的重要金属材料。而随着我国汽车制造行业的发展，无论是安全性能还是低碳环保特性，铝合金都成为重要可靠的构件材料，对于提升汽车整体强度有着重要的实用价值。因此，铝合金焊接技术在汽车制造行业中成为基础工艺之一，本文即以此为研究对象，分析汽车铝合金车身的焊接工艺与方法。

关键词：汽车铝合金；车身焊接工艺；应用策略

引言

轻量化是汽车发展的方向之一。铝合金以其重量轻、比强度高、导热性好等优点表现，铝合金已经成为汽车轻量化生产的核心组成材料。因此，汽车铝合金焊接工艺进行应用与创新对推动汽车轻量化发展有着重要意义。

一、铝合金的焊接特点

（一）铝合金材料的导热性强

与其它焊接材料相比，铝合金这一焊接材料具备较强的导热性能。在焊接过程中，由于铝合金材料具备的导热性强的特征，从而其焊接时所需要消耗的能量也比其它材料要多的多，因此在焊接时则需要选择能量集中且功率大的焊接能源，才能获得更高质量的焊接产品。

（二）铝合金材料的膨胀系数大

依旧与碳素钢和低合金钢这两种焊接材料相比，铝合金的膨胀系数相比这两种材料要大的多。由于铝合金膨胀系数大这一特征，使得其在焊接时具有变形的能力，因此则需要根据这一特性，选择适合的焊接方式，如变形焊接，采用合适的焊接材料与焊接方法，从而获得更高质量的产品。

（三）铝合金材料较容易被氧化

由于铝合金材料在空气中焊接时极其容易与空气产生氧化反应，从而生成不易清除的杂质，且一旦氧化物的产生，则会对焊接效率和焊接质量产生极大的负面影响。因此，在焊接前，需要对铝合金材料表面的氧化物进行处理，将其杂质清除干净后再进行下一步焊接的操作，如此才能充分发挥铝合金材料的优势。

（四）铝合金材料在液态的状态下能溶解大量的氢物质

因为铝合金材料在液态的情况下极其容易溶解大量的氢物质，而在固态形式下却不易溶解氢物质，但在焊接过程中，铝合金材料是以液态形式存在的，且在焊接时由于氢物质与其产生反应，导致焊接完成的产品中出现气孔，如此则会对后期使用造成一定的影响。所以，在铝合金焊接过程中，则需要对其周围的氢物质进行严格的控制，以减少产品中气孔的出现。

二、汽车铝合金车身焊接工艺

（一）铝合金激光焊接技术

相比较常规焊接工艺，激光焊接技术具有速度快、热应变小、焊缝窄、搭接缝少的典型优势，可以有效提高焊接质量。随着更高功率、高性能的激光技术与焊接设备发展，在铝合金焊接中应用激光焊接工艺的情况越来越普遍，尤其在汽车制造行业中得到广泛应用。

首先，在铝合金车身铸造过程中，采取高强度真空低压铸件方式，铸件抗拉强度达到225MPa以上，厚度为4mm，在焊接过程中共由3件铸件组成。其次，优先采用MIG焊接方式对一组铝合金铸件进行焊接试验，焊接坡口为70°，其中电流90A，电压17.7V，焊接速度6mm/s，送丝速度5.3m/min，焊丝直径1.2mm，保护气流量25mL/min。其三，采用激光焊接技术进行组对间隙焊接，采用单条直线焊缝方式实施，保证焊板的成型完美，即有效调控结疤、裂缝、夹杂、空洞等问题，以此保证焊缝宽度，避免焊瘤突出、背面断差与错边问题。其四，采用RT焊缝检测技术进行检测。目视检测合格后，未发现焊接表面出现超标缺陷；采用射线检测时，同样显示射线底片没有缺陷，说明其符合工艺要求与汽车车身制造要求。

（二）激光-电弧复合焊技术

在激光-电弧复合焊技术使用过程中，熔池上方会由于激光作用产生等离子体，而这是维持电弧稳定性的重要因子，因此，可以发挥电弧焊接技术的优势，借助电弧等离子体吸收光子等离子体，从而可以显著提升铝合金车身对于激光能量的吸收效率。同时在电流的影响下，通过电流变化控制可以影响电弧发生膨胀，进而改变电流密度，使得在电流达到某个临界值时，焊接机制可以由深熔转变为热导焊，不仅可以显著提升焊接速度，而且还能保持更小的焊接面积，是对激光焊接技术的优化。该焊接工艺集合了激光焊与电弧焊双方的优势，既能利用激光的高能量密度，又发挥了电弧焊的大加热区优势，同时还产生了激光与电弧之间的协同作用，由此所产生的耦合效果进一步提高了焊接质量与效果，是汽车制造中铝合金车身焊接的优选焊接技术之一。

其主要优势有：①焊接性能好。由于使用了激光与电弧的复合热源，在焊接过程中可以展现出高能量密集、大加热区域的优势，由此形成了更符合铝合金焊接的热输入形态，不仅深化了焊缝，而且还能有效降低热裂纹产生的频率。②热量利用率高。在电弧作用的影响下，激光束在焊接区所生成的激光等离子体会被稀释，而这是降低等离子体吸收与放射激光能量的重要表现。同时由于电弧所产生的熔融效果，可以增强铝合金车身表面对激光能量的吸收效果，从而提高了热量的利用率。③焊接稳定。在电弧焊中，当焊接速度加快时，容易出现阳极斑点不稳的现象，由此导致电弧出现飘移，造成焊接不稳定的情况。但在激光作用下，激光束焦点处可以生成金属蒸汽，而这就为阳极斑点的稳定成型提供了良好的条件，进而保证高速高效的焊接效果。

（三）搅拌摩擦焊

在汽车铝合金车身焊接中，运用搅拌摩擦焊接工艺，主要是通过搅拌针和轴肩与工件间产生的摩擦热进行焊接，通常在搅拌摩擦焊接工艺中，搅拌针的附近能够现场塑性软化层，软化层在搅拌头高速旋转的作用下，填充入搅拌针后方所形成的空腔内，进行实现车身的焊接。

搅拌摩擦焊接工艺主要具备以下优点：其一，搅拌摩擦焊接工艺具有晶粒细小和疲劳性能；其二，摩擦焊接工艺的拉伸性能与弯曲性能相对良好；其三，实际的焊接工艺中往往能够达到“四无”，如无尘烟、无气孔、无飞溅、无需焊丝等；其四，焊接时不需使用保护气体并且焊接后残余应力和变形小等优点。

结束语

综上所述，铝合金材料有良好的综合性能，想要将其完美的应用到汽车车身焊接工艺中还是需要克服很多困难和问题的，不过随着科技的发展，焊接技术的多样性，这些问题都都会找到解决的办法。

参考文献

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