汽車工業中鋁連接技術

     用鋁及鋁合金制造汽車零部件具有明顯的減重節能效果，以鋁代替鋼鐵制造發動機可減重30％，汽車鋁車輪可減重30％左右，鋁制轎車車身更是比鋼制品輕40％以上。汽車每使用1kg鋁可降低自重2.25kg，減重效應高達125％，在汽車整個使用壽命周期內可減少廢氣排放20kg。一輛汽車若減重10％，可相對減少6％~8％的燃油消耗，燃油效率提高5.5％。汽車的輕量化除了降低油耗還有利于改善汽車在行駛、轉向、加速、制動等多方面的性能。

    國外，早在1990年，本田公司就已經向市場推出了全鋁車身的NSX型小汽車。2009年北美汽車的平均用鋁量可達157kg/輛。福特汽車公司宣稱2020年單車鋁鎂合金用量將上升到90kg。德國大眾汽車公司要在每一輛轎車上設計含有80kg以上的鎂鋁合金零件。奧迪汽車公司已經將鋁合金車身用于成批生產的轎車。奧迪A8車身已經采用了第一代鋁合金空間構架Aluminum-Space-Frame(ASF)， 并且積累了經驗，也在奧迪A2車身上使該技術得到進一步發展。

    目前汽車輕量化用材鋁件的連接工藝有十多種，分別為點焊、螺柱焊、弧焊、自攻螺絲連接(FDS)、自沖鉚接工藝(SPR、TOX)、激光焊、粘接、壓鉚、拉鉚、攪拌摩擦焊、電子束焊接。使用頻率最高的主要為FDS工藝、SPR工藝、螺柱焊工藝和鋁點焊。

SPR 工藝

    SPR工藝稱為自沖鉚接技術，通過液壓缸或伺服電機提供動力將鉚釘直接壓入待鉚接板材，待鉚接板材在鉚釘的壓力作用下和鉚釘發生塑性變形，成型后充盈于鉚模之中，從而形成穩定連接的一種全新的板材連接技術。具體過程如為：鉚鼻首先壓住被鉚接板材，鉚釘被鉚桿施壓嵌入，穿透上層板材，并擴張進入下一層板材，而后鉚釘與板材一起擴張，充滿鉚模，鉚釘腿部向四周翻開形成“鈕扣”，從而完成上下板材牢固的連接(如圖1)。

    自沖式鉚接技術的優點：

    ·冷連接工藝，適用于多層、多種類型板材連接。

    ·工序完成迅速，可滿足大批量生產需求。

    ·鉚接點強度很高，壽命長。

    ·連接重復精度高。

    ·鉚接質量可以通過目測檢查。

    ·無需預先開孔，保護涂層鍍層，提高防腐蝕能力。

    ·環境友好型清潔工藝，無煙、汽、火花產生。

   目前汽車中一般用于鋁鐵等異種金屬的連接(見圖2、3)。

FDS 工藝

    FDS(Flow Drill Screws)特制的輕質自攻螺釘和鉚釘充分利用螺釘自攻時產生的熱量，形成緊密連接接頭，防止部件銹蝕，大大提升了鉚接的強度。FDS可用于異種金屬或同種金屬的連接。目前鋁車身中大量使用該工藝。圖4為奧迪A8中儀表板工位的FDS工藝點圖，圖5為FDS設備圖。

    FDS工藝為單面施工，工作時槍對工件的沖擊力大，需焊接夾具有足夠的支撐力。且機器人工作時需釘子與零件垂直，否則鉚接點為失效點。因此，該工藝對機器人示教要求高。

鋁合金螺柱焊

    鋁材螺柱焊不同于碳鋼螺柱焊。因鋁的特殊性，表面易氧化生成耐高溫氧化膜，焊接時采用交流變頻焊接加純氬氣保護。鋁合金與碳鋼設備的主要區別如表1所示。

鋁點焊

   鋁點焊是連接工藝中較難的一種。目前主要有Fronius公司的Deltaspot(銅帶鋁點焊)方式和北美螺旋電極帽點焊方式。

    因鋁的熔點低，線膨脹率高，導電率高等特性，鋁點焊的焊接工藝規范一般是碳鋼的3倍左右(區別見表2)。高的電流易產生強磁場，因此焊接工裝需防磁；高的壓力需焊槍結構牢固可靠，焊槍重量高達190kg(見圖6)；高的容量，焊接變壓器一般兩個并聯使用等。

    輕量化的推進，必然促使鋁合金在汽車工藝中的快速運用。鋁合金的運用取決于鋁連接工藝的發展。因此，鋁連接的新工藝會得到快速發展。