新材料与工艺手册

[电阻点焊] 汽车车身铝点焊工艺的应用案例

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发表于 2021-1-15 16:41:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【汽车材料网】汽车车身轻质材料的主要技术路径包括超高强钢(含热成形)、铝合金复合材料玻纤或碳纤等。国外,宝马等欧系车主要是采用碳纤维来替代,美系(如特斯拉、F150)应用最大的则是全铝车身。

宝马新7系上的碳纤维加强部件

碳纤维复合材料密度小、强度高,是目前应用的轻质材料中减重效果最为显著的,但成本相对较高。

所以,对于国内车型来说,车身的铝合金化是材料替代途径中最适合的方案。目前,蔚来汽车、爱驰汽车等造车新势力也都在尝试做全铝车身。


蔚来汽车车身铝合金部件展示

目前,铝合金在国内汽车车身上的应用情况如图:


根据轻量化车身材料及位置的不同,相应的连接技术也有所不同,目前比较常用的轻量化连接技术为激光焊接、自冲铆、铝点焊及粘接技术。


各种连接技术的简单示意和中英文简称

目前,几种可用于铝车身的先进连接技术的使用车企及区域如图:


一、铝合金点焊工艺简介

点焊是将重合的金属夹入金属电极(焊嘴)上,再加上适当压力的同时,通过非常大的电流,使之发热熔化,从而接合在一起的焊接。铝点焊与钢点焊一样应用的是焦耳原理。

同样,点焊的形成可以分为:预压阶段→通电加热→锻压三步。


铝点焊的操作示意图

二、铝合金点焊工艺特点


钢与铝的物理特性对比

由于铝合金所具有的独特性能,使其在焊接过程中有以下几大特点:


三、钢点焊与铝点焊的差异



钢点焊与铝点焊的焊接时间对比

2. 电极头

铝合金有高导热系数,传热快,铝点焊时存在很大的软化区域。铝合金点焊时需要大直径的焊接面电极帽,从而覆盖铝合金焊核及其软化区域。

钢点焊与铝点焊的电极头对比




钢与铝-点焊热量产出位置

4. 冷却水流量

与钢点焊相比,铝点焊的焊枪冷却水流量需求至少需要增加2倍以上。

某供应商的铝点焊焊枪组成

四、铝点焊应用案例

1. 凯迪拉克CT6

凯迪拉克CT6车身采用了点焊、自冲铆、流钻螺钉和激光焊接等连接技术,实现了钢、铝等五种不同材质的连接。


凯迪拉克CT6先进连接技术

凯迪拉克CT6车身连接示意

凯迪拉克CT6中采用的铝电阻点焊技术,为通用汽车集团的专利技术,其专利点主要为对铝电极头耗损之后的修磨过程。通用汽车的铝点焊,称为MRD电极铝点焊,头部有一圈一圈的纹理,能够最大程度地避免铝板材表面所固有的氧化膜对焊接质量的影响。

通用MRD电极铝点焊外观效果

通用MRD电极铝点焊生产时,需要配备相应的四刀片修磨器,修磨频次为普通碳钢的5倍,约40~50点/次。由于技术保护等原因,目前仅应用于“通用汽车”,包括GM与SGM。

凯迪拉克CT6连接技术情况

2. 特斯拉Model S

特斯拉Model S车身采用了激光焊接、自冲铆、点焊以及CMT等连接技术。


特斯拉Model S先进连接技术


特斯拉Model S车身连接技术总览

五、铝点焊主流供应商

1. 森德莱Centerline

森德莱FlexGun铝点焊在北美铝材点焊枪领域供应了超过600把焊枪,占有60%市场。


森德莱铝点焊焊枪


森德莱FlexGun铝点焊焊枪业绩

2. 小原焊机Obara

南京小原在2015年给上海通用汽车凯迪拉克线供应了120台焊机,在2017年给美国特斯拉Model 3供应了150多台设备。


小原焊机铝点焊焊枪

3. 伏能士Fronius

伏能士开发的DeltaSpot使用70M的焊带能焊出5000~10000个点,电极带使用完需要重新更换,其可焊接任何类型的接头,即便是超高强钢、铝与铝,甚至是钢铝异种材料,并且有极高的工艺可靠性。

2010年北美一家最大纯电动跑车制造商购买了6台DeltaSpot用于铝合金车身的制造。经过测试后又购买了20台DeltaSpot设备。另外,特斯拉Model S前期也使用了此种铝点焊技术。


伏能士电极带式铝点焊外观效果

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