轎車車身輕量化及其對連接技術的挑戰

謝朝輝

（江西江鈴新能源汽車有限公司，江西 南昌 330013）

汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能降低汽車的整備質量，從多個方面對汽車整備質量、動力性問題進行統籌規劃與合理部署，從而增強汽車的動力，減少燃料消耗及排氣污染。因此，汽車行業內部應該立足于汽車輕量化發展標準，盡量在降低汽車整備質量的同時，提高汽車動力性，以滿足節能降耗需求。相關數據調查顯示，傳統汽車整車重量每降低10%，油耗量也會隨之降低6%～8%[1]。結合2020 年與2025 年燃料消耗目標值來看，2020 年燃料消耗目標值為0.05L/km，2025 年燃料消耗目標值為0.04L/km，而我國2019 年燃料消耗值為0.057L/km，距離目標仍有差距。對此，筆者建議我國汽車行業應該加速輕量化布局，充分立足于節能減排政策要求以及新能源汽車發展趨勢，全力推進汽車輕量化發展進程。

1 轎車車身輕量化概述

1.1 目標分析

《中國制造2025》對汽車發展作出了整體規劃，并明確提出輕量化技術在汽車發展規劃中的重點工作位置。由此可知，轎車車身輕量化技術儼然成為汽車行業未來重點發展的目標之一。結合《中國制造2025》文件內容可知，截至2025 年，我國整車質量應該平均降低20%，其中汽車鋼鐵比例占據汽車總重的30%。與此同時，單車用鋁合金應該達到250kg、單車用鎂量應該達到25kg。從這一目標數據上不難看出，我國的汽車行業輕量化發展前景較為廣闊。

1.2 方法途徑

結合當前的發展情況來看，汽車行業實現輕量化目標可從以下三個途徑入手。

1）輕量化材料。通過利用更輕的高強度鋼、鋁合金等材料實現對傳統普通鋼結構的替代處理，減輕車身整體重量的同時，提高結構性能的穩定性。

2）輕量化設計。利用創新合理的方式、手段，實現全新的汽車架構輕量化管理，并且重點針對車身零部件數量以及零部件尺寸等進行適當調整與優化處理。

3）輕量化工藝。合理利用熱成型或者激光拼焊板等工藝方式，達到預期的車身減重效果。實施過程中，工作人員可以利用輕量化材料搭配輕量化工藝的方式進行優化處理[2]。

結合當前發展情況來看，高強度鋼以及鋁合金材料基本上是輕量化發展的主流材料。預計到2025 年，高強度鋼以及鋁合金材料占比將會達到75%。其中，鋁合金材料占比可接近60%。

1.3 發展領域

目前，汽車輕量化發展領域主要涉及車身輕量化、底盤輕量化、動力系統輕量化以及內外飾件輕量化。結合近些年的發展情況來看，隨著材料成本的逐年降低、工藝制造技術的逐年升級，我國汽車輕量化發展速度明顯加快。其中，新能源汽車輕量化的發展速度尤為快速。以2019年的數據為例，新能源汽車底盤輕量化市場規模已經達到了46 億元。按照當前的發展勢頭來看，隨著我國新能源汽車銷量的不斷增長，輕量化滲透率將會逐年提升。預計到2025 年，新能源汽車底盤輕量化市場規模可以達到320 億元左右。不難看出，我國汽車輕量化發展勢頭較為強勁。

2 轎車車身輕量化及其對連接技術的挑戰問題

轎車車身輕量化發展對相關工藝技術提出了嚴格要求，尤其是連接技術的應用問題。結合當前情況來看，傳統連接技術在轎車車輛輕量化發展中難以發揮出預期的功能作用，再加上多材料輕量化車身的生產要求，導致部分連接技術在應用過程中很容易受到不確定因素的影響而出現隱患問題[3]。以下是筆者結合相關經驗，針對轎車車輛輕量化對相關連接技術的挑戰影響及問題進行具體分析，以供參考。

1）電阻點焊工藝挑戰問題。電阻點焊工藝憑借其效率高以及成本低的優勢，長期作用于鋼制轎車車身裝配工藝中。結合以往的經驗來看，1 輛典型的鋼制車身基本90%以上的裝配量都由電阻點焊工藝完成。但是多材料輕量化車身在材料方面，主要以高強度鋼以及鋁鋼混合使用為主，導致傳統電阻點焊工藝難以對多材料輕量化車身進行針對性處理。

2）膠接技術挑戰問題。膠接技術主要是指利用膠黏劑與被連接件之間所產生的化學反應作用實現材料連接過程。雖然從客觀角度上來看，膠接技術可以有效確保車身結構的安全性。但是對于多材料車身而言，由于受到鋁鋼熱膨脹系數差異較大的影響，其在應用膠接技術的過程中會產生車身結構變形問題[4]。

3）機械連接技術挑戰問題。以自沖鉚接技術為例，高強鋼變形較為困難，從鋼鉚向鋼時，內部會出現空腔問題。相反，從鋁鉚向鋼時，鉚釘腿部難以抵抗下層鋼板的塑形變形力影響，導致自鎖問題出現。再加上高強鋼延展性較差，工藝生產過程中很容易出現鉚穿缺陷問題。最重要的是，鉚槍一般需要承受較大的鉚接力，很容易出現變形問題。長此以往，接頭質量穩定性將會嚴重降低，不利于汽車輕量化進程的發展。

3 轎車輕量化發展進程中的新型連接技術

隨著超高強鋼以及復合材料的不斷應用，桶連接方法已經難以滿足轎車輕量化發展要求。在這樣的發展態勢下，汽車行業內部應該充分立足于汽車輕量化進程發展需求，嚴格從汽車輕量化材料、汽車輕量化設計以及汽車輕量化工藝方面進行統籌規劃與合理部署。其中，應對汽車輕量化連接技術的應用問題予以高度重視，可適當借鑒國內外先進技術經驗，補缺原有技術體系中存在的不足，從根本上推進轎車輕量化的發展進程。

3.1 熱成型工藝技術

目前，熱成型工藝技術已經是轎車輕量化發展過程中必不可少的連接技術。所謂的熱成型工藝技術，主要是指將特定鋼材原料加熱到奧氏體溫度區間之后，將其輸送到液壓機設備上。當鋼板具有延展性功能時，對其進行沖壓處理并迅速冷卻。結合工藝反饋情況來看，通過合理利用熱成型工藝，基本上可以大幅度提高鋼材抗拉強度，一般可以達到普通高強度鋼的3 倍左右，有利于提高材料的強度以及機械安全性[5]。

在安全性應用方面，熱成型高強度鋼制成的車身具備良好的抗撞能力，不僅可以減少碰撞期間所產生的駕駛艙形變問題，還可以為乘客駕駛過程提供安全保障。根據相關測試反饋情況來看，縱然汽車發動機艙處于全部潰縮的情況，采取熱成型工藝制成的結構件仍舊可以保持原始狀態，有利于確保乘客的人身安全。

在輕量化應用方面，高強度鋼可以憑借較小的厚度優勢滿足設計強度要求。一般來說，生產人員不需要對關鍵部位進行加固處理，就可以達到減少零部件重量的目的，進而實現輕量化目標。比如，奧迪A8 全鋁車身在關鍵結構方面，主要采取了一定比例的高強度鋼，車身整體重量較之以往相比有明顯下降，且結構安全性能明顯提升，具有重要的應用意義[6]。

3.2 先進連接技術

為有效解決傳統工藝連接技術存在的不足問題以及有效應對鋁合金材質延展性差的問題，汽車行業內部主張利用多種先進連接技術克服當前轎車車量化發展過程中存在的疑難問題。結合當前應用發展情況來看，在先進連接技術的選擇方面，現場生產人員可以優先選擇熱融自攻鉚接、鋁點焊、結構膠以及高強度抽芯拉等，對汽車車身結構進行輕量化處理。與傳統連接技術明顯不同的是，上述技術內容可以有效解決以往存在的接頭質量穩定性低、車身結構變形等問題。

最重要的是，這些技術可以有效克服鋁合金材質延展性差的問題，能夠從根本上為汽車車身結構的安全性發展提供良好保障。以鋁點焊技術為例，工藝處理過程中，現場操作人員可以利用鋁點焊技術消除鋁合金加工過程中所產生的硬化影響以及內應力影響，并利用加熱方式讓其溶解，溶解后急速冷卻。通過不斷提高鋁合金的強度以及抗腐蝕能力，確保部件結構擁有較高的力學性能以及延展性效果。如此一來，車身結構的整體性能基本上可以得到有效加強，同時實現輕量化目標，其應用效果較明顯[7]。

4 結束語

總而言之，為進一步推動汽車輕量化進程的發展，建議行業內部人員應該從輕量化材料、輕量化設計以及輕量化工藝三個方面為汽車輕量化進程提供良好的發展驅動力[8-9]。按照當前發展趨勢來看，多材料車身儼然成為全球汽車車身輕量化技術發展的主流趨勢。針對此，我國行業內部應該立足于主流發展趨勢，及時改善當前輕量化發展體系存在的不足問題，同時清楚地意識到車身制造的關鍵之處在于連接技術的應用效果，并且重點針對連接技術的發展問題進行統籌規劃與合理部署。除此之外，還要利用多種工藝方式促進多材料車身的制造發展，盡量從根本上克服轎車車身輕量化及連接技術的挑戰問題。