鋁材在汽車制造技術(shù)中的應(yīng)用

張艷龍

（國(guó)機(jī)智駿科技有限公司 江蘇南京 210000）

引言

鋁材的特殊性質(zhì)，決定了鋁材的發(fā)展軌跡和應(yīng)用范圍。鋁材的可塑性比較強(qiáng)，材質(zhì)輕便，曾一度在我國(guó)的各個(gè)行業(yè)受到關(guān)注和推廣，應(yīng)用范疇也是十分廣泛。廣泛程度大到飛機(jī)輪船、小到家用廚具，所以一時(shí)間對(duì)鋁材的青睞可見一斑。近年來(lái)，我國(guó)乃至世界對(duì)于鋁材用途的探索更是五花八門，推陳出新。最主要的應(yīng)用應(yīng)該歸咎于汽車制造業(yè)，因?yàn)殇X材的特殊性質(zhì)，應(yīng)用范疇也逐漸在擴(kuò)大。鋁材導(dǎo)熱性能比較強(qiáng)，至今汽車的缸體結(jié)構(gòu)仍舊保留了鋁的材質(zhì)。鋁材還具有防銹的特性，因此在汽車零部件中，一些容易生銹且設(shè)計(jì)和要求強(qiáng)度不是很高的部件中也使用了鋁材。鋁材在推動(dòng)汽車制造技術(shù)和輕量汽車的發(fā)展道路上，必定是順利且持久的。

1 鋁材

鋁材使用十分廣泛，我們熟知的電線電纜、門窗、燈具、門把手、電氣組件、包裝材料、容器、廚具等等，鋁材的使用是設(shè)計(jì)的行業(yè)最多的。鋁材具有良好的抗腐蝕性，因?yàn)槠涫嵌栊越饘伲阅軌蚍乐顾釅A鹽的腐蝕作用。鋁材還具備良好的性能壽命，及時(shí)其在十分惡劣的裝飾環(huán)境下，其使用壽命能夠達(dá)到五十年以上。還有就是鋁材的美觀性，因?yàn)槠潇n麗的外表面，深受廣大女性的愛戴。鋁還具備一定的耐熱性，家用鋁箔是拷貝事物的不二之選。因此，由上文介紹可以得知，鋁材是應(yīng)用最為普遍的金屬材料。

2 鋁材的應(yīng)用給汽車制造帶來(lái)的挑戰(zhàn)

雖然說鋁材有諸多優(yōu)點(diǎn)，給汽車制造業(yè)也帶來(lái)了很多結(jié)構(gòu)上的改革措施，但鋁材本身也存在著很多難以克服的困難。鋁材熔點(diǎn)低，給焊接帶來(lái)了很大的不便，且這些問題在很大程度上很難有突破。還有就是鋁材與其他金屬相比，同樣的厚度，在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)更容易穿孔。我們都知道，鋁的導(dǎo)熱性能是十分好的，曾經(jīng)在一段期間內(nèi)走入了廚具行列，且深受大眾喜愛，但這一特點(diǎn)缺給焊接工藝帶來(lái)了難題，因?yàn)槠淞己玫膶?dǎo)熱性能，焊接時(shí)通常會(huì)伴隨裂紋。所以，鑒于鋁材的以上問題，嚴(yán)重制約了鋁材在汽車制造業(yè)的應(yīng)用，影響了汽車向著輕量化的發(fā)展進(jìn)程。

3 鋁材連接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

3.1 自沖鉚接工藝（SPR）的應(yīng)用

根據(jù)鋁材的硬度和低強(qiáng)度，可以成為鉚接技術(shù)的首選材料，這句話似乎前后矛盾，但這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)者確實(shí)是利用了鋁材的剛性和可塑性，進(jìn)而產(chǎn)生了一種叫做自沖鉚接技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)就是，用鋁材制作鉚釘，然后經(jīng)過一個(gè)動(dòng)力裝置給予鉚釘一個(gè)動(dòng)力，然后使得鉚釘能夠穿過需要進(jìn)行鉚接的材料，鉚釘在穿過鉚接材料后，由于受到前端剛性材料的阻擋，而自動(dòng)變形形成一個(gè)彎頭或批頭。這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的要點(diǎn)就是充分利用了鋁材的特性，將鋁材的物理特性發(fā)揮到了極致，使得相鄰的兩塊材料被緊緊地鉚在了一起。

3.2 流鉆螺釘連接（FDS）的應(yīng)用

目前，根據(jù)鋁材特點(diǎn)，應(yīng)用于實(shí)際中的技術(shù)還有流鉆螺釘連接技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用是充分利用了鋁材的剛性和帶熱性特性而完成的。首先，需要將鋁材制作成一個(gè)帶有螺紋的螺釘，然后將螺釘安裝在具有一定轉(zhuǎn)速的電動(dòng)螺絲刀上，經(jīng)過電動(dòng)螺絲刀給螺釘提供轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力，螺釘及會(huì)輕而易舉的被鉆進(jìn)材料中去，這樣一來(lái)螺釘將材料僅僅的連接在了一起。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用主要集中在一些特殊的場(chǎng)合，對(duì)于環(huán)境或材料有特殊需求的情景中。現(xiàn)階段，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)立項(xiàng)將被應(yīng)用于汽車輕量化發(fā)展戰(zhàn)略中，也許會(huì)為未來(lái)打造鋁車身奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

3.3 電阻焊技術(shù)的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，且節(jié)能環(huán)保理念的不斷深入，汽車行業(yè)也應(yīng)該緊緊圍繞在以綠色、環(huán)保、節(jié)能為發(fā)展理念的周圍。因此，汽車行業(yè)注定向著輕便安全環(huán)保的目標(biāo)發(fā)展。但是，上文已經(jīng)提到鋁材不能經(jīng)受瞬間高溫，因?yàn)樗查g高溫會(huì)使得鋁材形成裂紋，這一難題的破解之法就是在鋁材中加入其它強(qiáng)度較高的金屬。提升鋁材硬度的同時(shí)，也提升了鋁材的熔點(diǎn)，使得鋁材能夠被充分利用到汽車制造行業(yè)中去。

再有就是對(duì)鋁材采用一些特殊的處理工藝，這種處理不僅能夠解決鋁材焊接的難題，還能推動(dòng)汽車行業(yè)向著理想的方向發(fā)展。這種方法就是給鋁材一個(gè)特殊的電極帽，當(dāng)焊槍給予帶有電極帽的鋁材大電流時(shí)，鋁材受熱融化，此時(shí)將融化了的鋁材按壓在需要焊接的部位，焊接接口被牢牢的焊接在了一起。此種方法也存在弊端，且成本較高。

3.4 激光復(fù)合焊的應(yīng)用

激光復(fù)合焊是激光焊和MIG焊兩種方法同時(shí)作用于焊接區(qū)，激光束在焊縫垂直方向輸入熱量，同時(shí)MIG焊在后方熔化焊絲，也向焊縫輸入熱量。開始焊接時(shí)，MIG焊電源先形成電弧加熱工件，工件表面會(huì)揮發(fā)出大量的金屬蒸汽，從而使激光束的能量傳輸更加容易，形成揮發(fā)孔，順利將激光的所有能量傳到工件上。激光復(fù)合焊焊接過程穩(wěn)定，焊接速度快，形成的熔池大，搭橋能力好，具有很好的柔性和適應(yīng)性（如焊鋁）及經(jīng)濟(jì)性。此項(xiàng)技術(shù)必將成為后期鋁材焊接的主流技術(shù)，該焊接固有的焊接特性以及經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于推動(dòng)鋁材在其他領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)揮了很大的推動(dòng)力。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，激光復(fù)核焊接技術(shù)還會(huì)更加完善，操控性會(huì)更強(qiáng)，前景會(huì)更加廣闊。

3.5 攪拌摩擦焊（FSW）的應(yīng)用

攪拌摩擦焊（FSW）是一種在機(jī)械力和摩擦熱作用下的固相連接方法。攪拌摩擦焊過程中，一個(gè)柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉(zhuǎn)著緩慢插入被焊接工件，通過攪拌頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產(chǎn)生摩擦熱，攪拌頭鄰近區(qū)域的材料熱塑化。當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)著向前移動(dòng)時(shí)，熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉(zhuǎn)移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下，形成致密固相連接接頭。攪拌摩擦焊作為一種固相焊接方法，焊前工件無(wú)需嚴(yán)格的表面清理準(zhǔn)備要求，焊接過程中也無(wú)煙塵和飛濺，同時(shí)噪聲低。由于攪拌摩擦焊僅僅是靠焊頭旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)，逐步實(shí)現(xiàn)整條焊縫的焊接，所以比熔化焊甚至常規(guī)摩擦焊更節(jié)省能源。攪拌摩擦焊大多應(yīng)用于擠壓型材和較厚板材。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的不斷加深、加快，汽車制造行業(yè)更加意識(shí)到了只有倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，才能保持汽車行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。鋁材材料應(yīng)用的不斷深入，加之鋁材焊裝技術(shù)的不斷完善，輕量汽車備受青睞和寵愛的時(shí)代背景下，良好經(jīng)濟(jì)效益的推動(dòng)刺激下，國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策的不斷鼓舞下，越來(lái)越多的事實(shí)證明了唯有在汽車制造業(yè)中不斷深化鋁材的應(yīng)用和開發(fā)，才能推動(dòng)汽車制造業(yè)經(jīng)久不衰的發(fā)展。同時(shí)，鋁材工藝需要深入研究和開發(fā)，從整體結(jié)構(gòu)上提升車輛的安全性，才能保障駕駛員和乘員的生命財(cái)產(chǎn)安全不受威脅。