张宇
安徽江淮汽车集团股份有限公司 安徽省合肥市 230601
【摘要】随着社会科技水平的发展，汽车轻量化有助于节能环保。采用铝合金材料制作车身是汽车轻量化的有效技术措施，有利于实现汽车行业经济社会效益统一。铝合金在汽车制造中应用日益广泛，焊接接头是结构中薄弱部位，介绍铝合金车身焊接工艺类型，铝合金焊接特性及对工艺设备选型要求，探讨适合铝合金焊接工艺需求的关键工艺设备，如铝焊接夹具，防爆除尘等系统工作原理。
【关键词】铝合金焊接；白车身；关键工艺设备
随着可持续发展理念深化，汽车轻量化是未来汽车发展必然趋势，目前主要从车身轻量化入手，传统汽车车身多采用钢材，选择合理的材料是当前主要工作。铝合金质量为钢材的1/3，可回收利用减少资源浪费，可满足复杂结构。利用铝合金进行车身设计有利于减少环境污染，实现汽车制造业经济社会效益统一，铝合金制作车身中焊接技术是目前关键问题。全铝合金车身是新能源汽车理想车身形式，结构参考传统轿车，骨架采用铝合金型材通过焊接制成。车身设计通过合理布置比同类钢板减重25%以上，是新能源汽车轻量化的关键技术。对铝合金白车身焊接生产关键工艺技术设备研究具有重要现实意义。
1.铝合金焊接技术在汽车制造中的应用概述
汽车车身轻量化中铝合金应用日益广泛，减轻车重是降低废气排放的有效措施，由于铝合金采用大量新生产工艺等优点，使得众多汽车制造商大幅度增加铝材应用。美国通用汽车公司IMPACT轿车身为铝材制造，车身冲压件40%，120个铆接点。1995年德国奥迪公司量产A8铝制车身，铝合金取代钢材改进燃油经济性，铝质材料在维持汽车尺寸同时减轻汽车重量。奥迪A8通过美国公路交通安全管理局的碰撞测试，得到有关安全性评价【1】。
中国目前组装轿车最高用铝量约55kg/辆，发达国家交通运输业用铝量为135kg/辆车。我国汽车用铝相比国际先进水平差距很大，铝概念车车身结构采用无骨架框架结构，设计自由度等方面考虑，制造小批量汽车以铝挤压型材为主空间结构有良好发展前景。全铝化框架式整车是新的发展方向。铝合金用于汽车结构特点体现在回收利用性好，具有较高强度质量比，有良好的机械加工性能；铝合金弹性模量校，轻量化有利于提高汽车行驶稳定性。
汽车重量有65%以上为铝合金等材料组成，焊接加工时汽车车体与零件制造链中关键环节与冲压等构成汽车制造主要生产部门。汽车发动机、车架、车厢等总成离不开焊接技术应用。焊接方法覆盖白车身到悬挂系统、变速器等部件形成加工。各类已有焊接单元技术如电阻焊、螺栓焊等得到应用。如passat车身电阻焊点5892个。目前汽车用焊接技术有激光高能束加工技术，焊接机器人技术。全铝结构的奥迪A2车身部件由50种型材和168块板构成。激光完成焊缝达30m,AudiA8全铝合金车身框架结构管状型材焊接中大量采用P-GMAW工艺。
2.全铝合金车身焊接生产线关键工艺设备需求
铝车身焊接生产线布局与常规车型相似，工艺设备差异源于工艺方法不同，如某型铝车身工艺弧焊72%，铆焊21%，铝点焊质量控制不成熟，铆焊适用于简单结构零件连接。车身制造工艺中主要是MIG弧焊，及门装配等工艺。根据工艺成熟度，以铝合金MIG焊为主，生产线规划设计考虑铝MIG焊的影响【2】。
铝MIG焊接特征与钢差异较大，决定工艺需求不同。焊接特性体现在热输入量高，导热系数大，熔融铝合金凝固结晶体积减少6%，铝合金线膨胀系数为钢的6倍；铝临界氢风压低，冷却速度是钢的5倍，与空气混合成易燃爆气体。焊接特性转化为工艺需求，高线能浪输入，零件具有合理外部拘束，安全性能要求抑制铝粉尘浓度聚集。在奇瑞新能源项目设备选型上体现铝合金焊机，除尘除湿控温系统。
3.全铝合金焊接生产线关键工艺装备应用
项目焊机选用先进的品牌，焊机为MIG数字控制脉冲型。性能特点体现在采用双脉冲控制，通过控制面板可实现参数选择。系统可自动记录焊接时间，用USB连接将数据传输至其他用户，实现质量文件管理。采用智能短路过渡，选择焊丝类型、电弧类型，设备快速判断调整焊接参数快速获得最佳参数。为减少焊缝热裂纹倾向，将脉冲与短弧焊结合，采用不同脉冲组合，降低焊缝拐角敏感性。降低对厚薄板搭接不均热传导灵敏度。焊接材料为铝材，电流16-400A,双脉冲调节，送丝速度0.8-25m/min，强制液冷，保护气体纯氩。经调试设备参数稳定，铝合金焊接对操作者技能要求较高，则更加机器人减少焊接变形。
铝合金线膨胀系数是钢的6倍，铝合金MIG焊夹具采用不同传统的定位方式，消除焊接变形。技术措施包括零件定位，铝型材定位遵守3-2-1规则，夹具定位点选型在型材应力变形方向。三级以总成以平面定位；型材焊接相邻夹紧面距离小于300mm，压紧面设限位防止型材变形，压紧力不宜过小。图纸会签等阶段论证，经设计调试验证，量产车身尺寸符合率达85%。
铝MIG焊生产线采用除尘除湿控温系统，由空气处理、控制系统等组成，封闭式工作间尺寸为35m*8m*7m，控制湿度＜60%。厂房治理，系统采用侧面底部送风原理，利用空气密度差在室内形成通风气流。新鲜空气从距地面1-1.4m高送出，新鲜空气受热源上升气流卷吸作用，排风口抽吸作用缓慢上升。寺内热浊空气被新鲜空气抬升至顶部排出。室内空气形成上部紊流混合区。系统结合空调制冷系统，降低空气相对湿度。以直接蒸发方式冷却器为冷却设备，析出大于饱和含湿量的水汽，降低空气湿度。湿度控制在60%以下，焊缝氢气孔数量降至5.7%。工作间安装窗户采光，密闭间两头设车身进出门，奇瑞新能源项目地处长江中下游，5-9月为高温气候，系统应用保证铝合金焊接质量。
封闭式打磨间气流组织采用上送风形式捕捉粉尘通过管道进入绿净化室处理，能充分捕捉铝合金焊缝打磨产生粉尘。除尘主机采用PLC程序控制，配置阻燃防静电滤芯，电磁阀为防爆型号。除尘净化器用滤筒采用进口PTFE聚酯覆膜滤料，内部设置温感器，设备温度达到临界点温度主机报警。除尘间电气采用防爆型号，杜绝明火源。打磨工作时间设计采用型材作骨架，考虑现场美观性，保证对粉尘捕捉最大有效性。封闭式铝粉尘防爆除尘系统使用后，测定粉尘浓度达到《大气污染综合排放标准》，确保安全清洁生产。
结语
目前能源安全等对汽车轻量化提出迫切需求，铝合金材料成为使用最广的轻量化材料。由于铝合金物理属性等方面与传统钢材存在巨大差异，传统点焊技术非最佳连接工艺。目前铝合金常见连接方式包括无铆钉铆接Clinchen,热熔旋转攻丝铆接FDS，主要工艺包括冷金属过渡连接CMT，激光焊接。通过铝合金车身项目开发运行，新能源制造团队掌握铝合金焊接生产线设计特点，后续项目不断开发投产，对焊接线工艺设备应用更加完善。
参考文献
[1]杨文江,张丽芳,张宇.铝合金车身激光搭接焊焊缝表面质量改善试验研究[J].汽车工艺与材料,2020(05):34-39.
[2]李勇,宋筠毅,程德富,章敏,周宇斌.汽车车身铝合金焊接与连接技术[J].汽车工艺师,2019(12):57-61.