淺談汽車白車身FDS連接工藝技術(shù)要求

張逸 仝輝 王知 邵金金

摘要：隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，既要能夠節(jié)能、減排、減重，又要解決它的可修復(fù)性及后期維護的成本，使得“鋼鋁混合車身”成為了未來發(fā)展的趨勢。但同時因為鋁的熱膨脹系數(shù)約是鋼的2倍，導(dǎo)熱系數(shù)約是鋼的3倍，而點焊作為熱焊接工藝，對鋼鋁混合車身焊接實現(xiàn)難度很大。因此，鉚接技術(shù)成為鋼鋁混合車身的重要連接技術(shù)。目前主要應(yīng)用的鉚接技術(shù)有自穿刺鉚接（SPR）、流鉆螺釘（FDS）、無鉚釘鉚接（Clinch）等，主要介紹了流鉆螺釘（FDS）連接的工藝技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：FDS；白車身；質(zhì)量

FDS是通過高速旋轉(zhuǎn)使板料熱變形后攻絲連接的冷成形工藝，廣泛應(yīng)用在超高強鋼、鋁鎂合金、復(fù)合材料在內(nèi)的異種材料，尤其是針對封閉型腔結(jié)構(gòu)，可單面作業(yè)。因此，F(xiàn)DS連接工藝在輕量化車身中得到廣泛的應(yīng)用。

FDS工藝流程

如圖1所示，F(xiàn)DS連接工藝步驟如下：

1）定位預(yù)熱：螺釘?shù)娃D(zhuǎn)速，低壓力與板材表面接觸。

2）熱融穿透：板件在螺釘高速度、高壓力作用下產(chǎn)生塑性變形。

3）錐孔成形：螺釘在板材上鉆出圓柱形通孔。

4）螺紋成形：板件被連接螺釘鉆破，轉(zhuǎn)速及壓力降低，使螺釘可以在孔內(nèi)形成螺紋。

5）螺釘擰入：低轉(zhuǎn)速及低壓力螺釘擰入。

6）緊固落座：板材冷卻并與螺釘緊密嚙合，形成一個氣密性及水密性極高的連接。

常見連接螺釘有內(nèi)梅花型和外梅花型兩種螺釘，見表1。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需求

1.FDS連接板材組合及預(yù)開孔要求

FDS連接板材組合通常為2層或3層板材，不推薦使用4層板材或者盲孔預(yù)開孔，常見板材搭接組合如圖2所示。

上層材料有強度＞500MPa的高強鋼且厚度＞1.5mm或者上層材料是厚度較大的鑄件時，要求除底層板以外的母材都需要預(yù)開孔。預(yù)開孔要求（適用于M5×22螺釘）如圖3所示。

2層的FDS連接上層材料開直徑8mm的過孔；3層的FDS連接上層材料開直徑8mm的過孔；3層的FDS 連接中層材料開11mm直徑的過孔；FDS連接底層材料不開孔；總厚度超過要求，或者4層板連接，需要首層板開沉臺孔，直徑為15mm。

2.FDS對有效搭接邊和點距的要求

根據(jù)不同的產(chǎn)品截面，F(xiàn)DS對有效搭接邊的需求見表2。根據(jù)不同的產(chǎn)品截面，F(xiàn)DS對點距的需求見表3。

3.FDS的涂膠要求

為增強連接強度，F(xiàn)DS一般配合結(jié)構(gòu)膠使用，對于鋼鋁連接的情況，為防止接觸腐蝕，必須涂結(jié)構(gòu)膠。對于有預(yù)開孔的連接點，為防止膠從孔擠出，一般要求從孔的邊緣到膠的邊緣留最少8mm的間隙（見圖4），無預(yù)開孔的連接點不做此要求。

FDS連接基本尺寸

FDS連接螺釘及構(gòu)件的基本尺寸，如圖5所示。FDS螺釘有效螺紋長度基于連接板材厚度確定，有預(yù)開孔bmin=S2+2S1，無預(yù)開孔bmin=S2+3S1，螺釘總長與有效螺紋長度參考尺寸詳見表4。

當計算的有效螺紋長度介于兩標準值之間時，選擇較大有效螺紋長度作為基準。FDS螺釘連接板材厚度基于板材種類，通常FDS螺釘可連接鋼板厚度為S1=0.8～1.8mm，F(xiàn)DS螺釘可連接鋁材厚度為S1=2.0～5.0mm。

連接質(zhì)量及檢驗要求

1.非破壞性檢查及質(zhì)量要求

非破壞性檢查在不破壞產(chǎn)品性能的前提下進行FDS連接的工藝可行性檢查，通常可分為線下和線上檢查，檢查方法可采用目視、塞尺、觸摸或扭矩扳手等。外觀缺陷及判定標準見表5，F(xiàn)DS螺釘靜態(tài)扭矩檢查要求見表6。

2.破壞性檢查及質(zhì)量要求

FDS破壞性檢查及質(zhì)量判定要求見表7。

3.FDS連接質(zhì)量控制計劃

FDS連接質(zhì)量檢查頻次要求見表8。

FDS連接返修要求

FDS原始連接位置進行返修操作步驟見表9。

FDS連接返修對應(yīng)鉚釘規(guī)格見表10。建議選擇FDS連接原位置直徑60mm范圍內(nèi)的平面，連接點位置材料組合需與原連接點材料組合相同，見表11。

結(jié)語

隨著輕量化車身的轉(zhuǎn)型，鋼鋁連接車身的應(yīng)用越來越廣泛，對于白車身上特殊結(jié)構(gòu)的連接，既想擁有足夠的焊接強度又想要有合格的外觀質(zhì)量， FDS連接工藝有著較大的優(yōu)勢，相信在今后也會有著越來越廣泛的應(yīng)用。