摘要：為了全面推動(dòng)汽車制造行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，積極整合新型材料，應(yīng)用鋁合金焊接技術(shù)，有助于更好地落實(shí)汽車輕量化發(fā)展規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益和諧統(tǒng)一的目標(biāo)。據(jù)此分析了汽車制造中鋁合金焊接技術(shù)應(yīng)用的意義，并對(duì)具體技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容展開討論。

關(guān)鍵詞：汽車制造;鋁合金焊接技術(shù);應(yīng)用內(nèi)容

中圖分類號(hào)：U466收稿日期：2022-05-16

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.07.020

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，圍繞安全性能、低碳環(huán)保生產(chǎn)工藝的話題不斷增多，為了更好地滿足汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)要求，需要整合鋁合金焊接技術(shù)方案，在優(yōu)化汽車整體強(qiáng)度的同時(shí)優(yōu)化其使用價(jià)值。

1 汽車制造中鋁合金焊接技術(shù)概述

一方面，受到全球能源緊張等因素的影響，汽車油耗受到了更多的關(guān)注，因此，汽車輕量化已經(jīng)成為各大汽車企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目標(biāo)。而在輕量化發(fā)展體系內(nèi)，中高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)、鋁和鋁合金結(jié)構(gòu)、鎂和鎂合金結(jié)構(gòu)等輕質(zhì)金屬將逐步替代傳統(tǒng)鋼板結(jié)構(gòu)，其中，鋁和鋁合金被廣泛應(yīng)用在汽車車身輕量化體系中。究其原因，相較于鋼結(jié)構(gòu)，鋁的重量要低60%，替代傳統(tǒng)材料能有效實(shí)現(xiàn)整車減重45%以上，承受同樣的沖擊力時(shí)，鋁和鋁合金能吸收更高的沖擊能。

另一方面，基于節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念，鋁合金是較為環(huán)保的應(yīng)用材料，滿足節(jié)能降耗的要求，并且鋁合金零部件的回收率較高，能在提升整體車輛安全性的同時(shí)，最大程度上減少制造項(xiàng)目的工序，有效優(yōu)化裝配效率。

綜上所述，在汽車制造過程中有效融合鋁合金焊接技術(shù)具有重要的實(shí)踐意義。

2 汽車制造中鋁合金焊接技術(shù)內(nèi)容

2.1 鋁合金激光焊接

激光焊接以其快速、熱應(yīng)力小等特點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注，在汽車制造中應(yīng)用激光焊接技術(shù)，能有效縮減焊縫結(jié)構(gòu)并減少搭接縫，一定程度上提高了焊接操作模式的質(zhì)量水平。并且在更高功率和更高性能落實(shí)的過程中，激光技術(shù)能維持統(tǒng)籌應(yīng)用效果。另外，在鋁合金汽車制造工藝體系內(nèi)，焊接長(zhǎng)度在20～30m之間時(shí)，激光焊接作業(yè)能替代傳統(tǒng)的MAG焊接、電阻焊等傳統(tǒng)操作模式（表1），在滿足質(zhì)量要求的同時(shí)提升焊接的精度水平[1-2]

由表1可知，激光焊接具有較為突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，相較于其他焊接模式，激光焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣泛。由于其本身屬于無(wú)接觸焊接處理模式，汽車車身不會(huì)受到其他電磁等因素的影響，并在特定環(huán)境下透過密閉透明物體后還能實(shí)現(xiàn)鋁合金焊接處理，在優(yōu)化焊接工藝水平的基礎(chǔ)上，保障整體焊接質(zhì)量。

比如，大眾Audi A2轎車制造環(huán)節(jié)中，就采取鋁合金激光焊接技術(shù)模式，焊縫長(zhǎng)度為30m。

a.車身鑄造環(huán)節(jié)要整合具體技術(shù)要點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)，利用高強(qiáng)度真空低壓鑄件的處理模式，能有效維持良好的應(yīng)用效能，確保鑄件抗拉強(qiáng)度能控制在225MPa以上，實(shí)際的應(yīng)用厚度約為4mm。

b.焊接作業(yè)中利用激光焊接技術(shù)完成組對(duì)間隙焊接，主要采取的方式是單條直線焊縫處理模式，能維持焊板的成型效果，有效對(duì)結(jié)疤問題、裂縫問題、夾雜問題、空洞問題等進(jìn)行實(shí)時(shí)性調(diào)控，最大程度上避免了安全隱患現(xiàn)象的留存。

c.配合RT焊接焊縫檢測(cè)技術(shù)完成相應(yīng)操作工序的檢測(cè)分析，目測(cè)合格后就要利用射線檢測(cè)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)估31。

盡管如此，鋁合金激光焊接技術(shù)還是存在弊端：

一方面，合金元素會(huì)存在燒毀嚴(yán)重的現(xiàn)象，在鋁合金中，

Mg、Zn

等元素含量較多，其本身存在低沸點(diǎn)的特性，而激光焊接的溫度較高，難免會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)問題，必然會(huì)對(duì)鋁合金材質(zhì)強(qiáng)化效果產(chǎn)生影響，甚至?xí)霈F(xiàn)焊縫強(qiáng)度下降的情況。

另一方面，熱裂紋也是鋁合金激光焊接技術(shù)中較為常見的問題，凝固裂紋和液化裂紋的出現(xiàn)會(huì)對(duì)應(yīng)用效能造成影響。針對(duì)熱裂紋，目前較為有效的方式就是填充金屬、優(yōu)化工藝參數(shù)等，或者是在車身表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳處理。

2.2 攪拌摩擦焊

在應(yīng)用激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)的過程中，依舊存在一些技術(shù)無(wú)法達(dá)到的問題，比如，熔化焊焊縫本身具有鑄態(tài)組織特性，這就使得激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)應(yīng)用過程中熱循環(huán)會(huì)對(duì)接頭的力學(xué)性能產(chǎn)生不同程度的影響，甚至?xí)霈F(xiàn)形變或者是色變等情況。基于此，激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)也在不斷升級(jí)和優(yōu)化，而針對(duì)其產(chǎn)生的問題，要建立新型焊接技術(shù)模式，有效規(guī)避焊接操作中產(chǎn)生的問題。攪拌摩擦焊也成為鋁合金車身制造產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)體系之一[5-7]。

a.特點(diǎn)。

相較于傳統(tǒng)的技術(shù)模式，攪拌摩擦技術(shù)更依賴于特殊制作的攪拌頭結(jié)構(gòu)，配合技術(shù)方案和應(yīng)用要求，要將特殊制造的攪拌頭直接插入到工件內(nèi)，并且借助高速旋轉(zhuǎn)處理和攪拌摩擦處理，應(yīng)用其產(chǎn)生的熱量完成金屬位置的打磨，有效形成熱塑性處理環(huán)境，并配合攪拌頭壓力保證前端向后端實(shí)現(xiàn)塑性的合理性流動(dòng)，有效完成焊件的焊接處理。

值得一提的是，在攪拌摩擦技術(shù)應(yīng)用過程中，結(jié)合技術(shù)要求會(huì)將焊接結(jié)構(gòu)形成不同的工作區(qū)域，主要包括焊核區(qū)域、熱影響區(qū)域、熱形變影響區(qū)域，要結(jié)合具體的焊接處理要求保證不同區(qū)域應(yīng)用的規(guī)范性。在攪拌頭的中間位置會(huì)設(shè)置晶粒結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生的焊接操作區(qū)域就是焊核區(qū)域，金屬在摩擦熱的影響下會(huì)逐漸出現(xiàn)形態(tài)的變化，從初級(jí)形變逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?。同時(shí)，利用再結(jié)晶的處理方式，將其設(shè)置為環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

b.優(yōu)勢(shì)。

第一，攪拌摩擦焊接技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于焊接接頭的基礎(chǔ)性能參數(shù)較好，在焊接過程中，鋁合金車身要經(jīng)歷塑性變形到動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過程，此時(shí)焊縫的形成能最大程度上維持其穩(wěn)定性。正是因?yàn)榫Я５募?xì)化處理，使得熔焊形成的晶粒降到最低，不僅能保證焊縫組織的密實(shí)度還能將具體參數(shù)控制在熱影響區(qū)規(guī)定范圍內(nèi)。

第二，攪拌摩擦焊接技術(shù)操作體系，能大大降低焊接后變形問題，并且減少參與應(yīng)力，正是因?yàn)閿嚢枘Σ梁附犹幚碇猩傻臏囟容^低，所以，焊接前形變量和應(yīng)變力參數(shù)也會(huì)隨之降低，避免對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生更多的影響[8]。

第三，攪拌摩擦焊接技術(shù)基于其特殊性，能大大減少飛濺、煙塵等環(huán)境問題，滿足環(huán)?；附犹幚淼男枨?，打造環(huán)保效能和經(jīng)濟(jì)效益并行的焊接處理模式，且不會(huì)形成紫外線等不良影響。

c.局限性。

首先，焊接過程中對(duì)焊接夾取效果的要求非常高，一旦無(wú)法進(jìn)行焊件固定，就會(huì)滋生其他的殘余應(yīng)力。其次，利用攪拌摩擦焊接作業(yè)時(shí)，會(huì)在焊縫的端部出現(xiàn)鑰孔現(xiàn)象，需要較為精細(xì)化的焊縫處理工藝。

基于此，目前攪拌摩擦焊接技術(shù)多被國(guó)外越野車輛制造行業(yè)應(yīng)用，秉持輕量化的需求應(yīng)用在汽車輪轂制造中，配合鋁合金板材壓制技術(shù)，完成焊接作業(yè)。

3 汽車制造產(chǎn)業(yè)鋁合金焊接工藝發(fā)展

傳統(tǒng)的單一化技術(shù)已經(jīng)逐漸無(wú)法滿足汽車制造行業(yè)的實(shí)際需求，因此，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的合理化融合和科學(xué)資源配置，就能最大程度上提高焊接的實(shí)效性和控制效果。其中，激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)的市場(chǎng)應(yīng)用率越來(lái)越高。3.1 工藝特點(diǎn)

第一，快速凝固鋁合金。冷速達(dá)到104～109材料能實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)的新特征，利用超細(xì)化的微觀組織提升合金的固溶度極限，減少偏析現(xiàn)象。

第二，鋁基復(fù)合材料，將晶須、微粒等作為增強(qiáng)材料，形成鋁基復(fù)合材料。

第三，泡沫鋁合金。在金屬基體中分布多孔材料，其質(zhì)量更輕、強(qiáng)度更高，具有較高的吸能性質(zhì)和阻尼特性，將泡沫鋁填充在高強(qiáng)度外板之間，就能形成三明治板材，主要焊接在車身頂蓋[5]。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于融合了激光焊和電弧焊的優(yōu)點(diǎn)，能在實(shí)時(shí)性應(yīng)用激光高能量密度的同時(shí)，發(fā)揮電弧焊加熱優(yōu)勢(shì)作用，配合耦合分析模式就能提升焊接質(zhì)量。

第一，激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)的焊接效能較好，在應(yīng)用復(fù)合熱源的基礎(chǔ)上，配合焊接過程就能實(shí)現(xiàn)高能量密集處理，保證大加熱區(qū)域的控制效果最優(yōu)化。并且激光-電弧復(fù)合焊的熱輸入形態(tài)較為合理，能在深化焊縫結(jié)構(gòu)效能的同時(shí)減少熱裂紋。比如，應(yīng)用鋁合金焊絲能有效提升焊接的質(zhì)量效果，具體型號(hào)見表2。

第二，激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)的熱量利用率較高，配合電弧處理，激光束就能在焊接區(qū)域進(jìn)行激光等離子體的處理，并且能有效完成相應(yīng)等離子體的稀釋操作，配合電弧熔融效果，能更好地強(qiáng)化鋁合金車身表面對(duì)激光能量的吸收水平，為熱量利用率的提升奠定基礎(chǔ)。具體參數(shù)如下：a.板厚為1mm，焊接電流為40～60A，焊絲直徑為1.6mm，焊接層數(shù)為正1，用卷邊焊，噴嘴孔徑8mm;b.板厚為2～3mm，焊接電流為90～120A，焊絲直徑為2～2.5mm，焊接層數(shù)為正1，用對(duì)接焊，噴嘴孔徑8～12mm。

3.3 應(yīng)用實(shí)例

我國(guó)大眾汽車在鋁合金車門焊接中廣泛應(yīng)用激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)，設(shè)計(jì)激光-MIG復(fù)合焊接機(jī)頭，配合焊接機(jī)器人的智能化操作，能打造更加可控且合理的焊接處理工序，形成更多空間和環(huán)境的位置操作模式，確保不同方向的精度都能滿足預(yù)期61。另外，輝騰系列車門利用激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)進(jìn)行處理，48處接口采取的是1.6mm直徑的AlSi2合金，能將焊接速度提升到每分鐘4.2m，激光功率約為2.9kW。

因此，積極采取激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)，熔池會(huì)配置具備激光作用的等離子體，能在維持電弧穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上有效整合控制效果，發(fā)揮電弧焊技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用，配合電弧等離子體進(jìn)行光子吸收，并且能更好地優(yōu)化鋁合金車身對(duì)激光能量的吸收效果。激光-電弧復(fù)合焊技術(shù)應(yīng)用在新型鋁合金材料上，可實(shí)現(xiàn)焊接效能的優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)

汽車制造產(chǎn)業(yè)中鋁合金焊接工作具有重要的意義，要結(jié)合制造要求落實(shí)更加可控的制造模式，發(fā)揮相應(yīng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作用，從而保證技術(shù)體系滿足焊接要求，在全面評(píng)估不同焊接技術(shù)優(yōu)勢(shì)和弊端的同時(shí)，為汽車制造行業(yè)發(fā)展提供更為廣闊的技術(shù)空間，促進(jìn)汽車制造行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：

嚴(yán)繼斌，男，1967年生，學(xué)士，研究方向?yàn)椴牧峡茖W(xué)與工程技術(shù)。