许新丽
广东福迪汽车零部件有限公司 佛山市南海区 528000
摘要：改革开放以来，我国交通业发展迅速，私家车也逐渐增多。目前，汽车轻量化已成为汽车制造的主要研究方向。铝合金特性密度小、耐腐蚀，使得铝合金在汽车轻量化研究中得到了应用。铝合金汽车制造时，不同焊接技术对于汽车的稳定性也有所影响。在铝合金材料选择时，不同的铝合金材料对于提高汽车安全性，降低减排，减轻重量等都有不同的体现。
关键词：铝合金汽车；轻量化；焊接技术
引言
社会经济的进步以及科技的发展，使人们的生活水平不断提升，汽车的使用也越来越普遍，可以为人们的日常出行提供一定的便利，但是由于我国可用能源一直处于短缺的状况之中，加上汽车的需求量不断提升，给汽车行业的发展带来了新的挑战。现阶段，汽车行业为了与我国绿色、环保的战略目标相符合，并且尽可能的满足人们对汽车舒适性以及轻量化的需求，既要不断提升汽车的整体质量，还要对汽车的生产成本进行严格的控制，并且合理利用新型焊接技术，有效改善汽车出现气孔以及裂痕等情况，使汽车的未来发展向轻量化的方向努力。
1汽车轻量化材料
近年来汽车行业的发展，也加大了各大汽车厂商的竞争压力。为提高汽车厂商核心竞争力，汽车在研发时通过降低汽车质量、节能减排等来形成宣传卖点。同时也为满足绿色环保的发展理念，各大汽车厂商在汽车研发时也将研究重心放在提高汽车燃油效率，减少尾气排放问题中，通过汽车轻量化降低汽车重量。
根据相关数据统计所显示，影响汽车油耗的问题，主要取决于汽车车身的整体重量，通过降低车身整体重量可有效实现节能减排。汽车车身减轻1kg重量时，所节省的油耗可以使汽车在一升汽油内多行使0.011km。若汽车行驶1万km以上，则节省0.7升的汽油。通过节省油耗，减少尾气排放来实现二氧化碳的污染。车身重量减少到50%左右，会减少二氧化碳排放量约13%。氮化物、硫化物等尾气排放也相应减少，这都是对保护环境起到极大作用的。通过减轻车身整体重量也可以有效地提高汽车的安全性能与驾驶性能。美国铝业协会所提出的数据结果表明，当车身重量减少25%左右时，汽车加速到96.56km/h需要时间为6s，对比原来时间缩短了4s。同时，汽车重量的降低还可以减轻动力和动力传动系统的承载负荷，确保汽车在较低的牵引负
2铝合金在汽车轻量化中的应用
2.1铝合金轻量化车身
车身轻量化材料一般有轻合金、高强度金属材料、工程塑料、碳纤维增强复合材料和陶瓷材料等。铝合金车身由于其显著的轻量化效果，使整车动力性、操控性和燃油经济性都得到较大提升；其良好的加工工艺性能，可塑造视觉极优美的车身曲面；由于其超强的抗腐蚀性能，故铝合金会在表面形成一层致密的氧化层，并且与铝基体牢固结合，从而对车身形成严密保护。
铝合金车身最大的问题，一方面是铝合金的冶炼和加工成本都比钢更高；另一方面是加工工艺比较复杂，特别是对铝合金连接工艺水平和自动化程度要求都远高于传统钢制车身。
据报道，电动车车重每降低10%，电耗可降低5.5%，续航里程相应增加5.5%，而延长相同里程所需要增加的电池成本却远高于此。如大众e-Golf采用全铝车身成功减重187kg，通过优化电池配置后整车成本降低635欧元。特斯拉ModelS/X和蔚来ES8也采用全铝车身，而Model3则采用成本更低的铝/钢混合材料，希望取得性能和成本的最佳匹配。
2.2铝合金在底盘中的应用
在对汽车进行轻量化的过程中，底盘的优化是不容忽视的，也是一个比较容易实现的位置。
底盘的悬挂系统中，铝合金材料的使用已经逐渐受到关注，铝合金动盘与传统铁质动盘相比，重量明显下降了70%左右，尽管铝合金的成本较高于铁质成本，但是将汽车的使用寿命提升了两倍，整体来看铝合金的性价比是很高的，因此，将铝合金材料应用于地车底盘之中不仅满足了汽车的轻量化，还延长了配件的使用寿命。
2.3制作发动机
目前，已经有大部分汽车制造企业开始在发动机制造中应用铝合金，具体的制造构件有油底壳、连杆、散热器、活塞等。其中，铝合金应用频率最高的发动机构件为活塞，大部分汽车应用的活塞都是由铝合金制作的，不但活塞的自重能够得到有效降低，活塞的曲轴配重也会降低，活塞的惯性也会减少，因此提高了活塞的应用效率；铝合金具有良好的导热性能且膨胀系数较小，这使得铝合金活塞在350℃条件下也能够保持良好的力学性能。此外，铝合金制造的其他发动机构件能够在降低自重的基础上，降低震动频率、减少运行噪音、降低运行油耗。
3铝合金汽车轻量化焊接技术
3.1电子束焊
电子束焊是一种利用高能量密度的电子束轰击焊件连接部位产生的热能，由于其轰击面小、热量集中，且穿透能力较强，从而使焊件溶化熔合的焊接方法。不过，该方式常常要求在需要抽真空环境下进行，但是这也最大程度上减轻空气对焊缝的破坏，从而也解决了焊缝表面氧化膜破坏和清楚的问题，因此电子束焊技术在工业上已经得到了普遍应用。
但是该焊接技术有较大的弊端，抽真空操作复杂且成本较高，而且真空室极大地限制了焊接工件的大小和形状，使电子束焊适用性较差，此外，如果受到电磁场的干扰，因此电子束焊接质量会大打折扣。在铝合金进行电子束焊时，焊后会产生气孔、裂纹焊接缺陷，一是铝合金自身溶解的部分气体因受热而溶解度降低析出，二是因为焊接过程中掺杂的气体受热膨。通过加强焊前处理，中小焊接速度和重熔技术可以有效地抑制孔隙缺陷。
3.2搅拌摩擦焊接技术
搅拌摩擦焊接技术是英国研发的，将具有特殊性质的搅拌头插进工件之上，使高速旋转的搅拌头与工件之间发生摩擦，并利用所产生的热量对金属进行热塑性的过程，另外，在进行搅拌的过程中，前端受到压力的作用从而向后端发生塑性流动，进而完成整个压焊过程。
使用搅拌摩擦焊接技术具有以下几个有点：①在进行焊接的过程中不会产生烟尘以及飞溅，并且整个操作中均不会出现有害光线，例如：红外线、紫外线；②焊接后不会发生变形，由于搅拌焊接的温度较低，焊接以后的剩余应力远小于熔化焊，加上在热塑性的过程中也不会出现形变的过程，所以在焊接完成以后不会出现变形的情况；③应用的范围相对较广，可以进行所有铝合金材料的焊接，并且不受任何轴类部件的限制，可以进行多种形式的接头焊接，例如：塔接、对接等；④焊接成本低。在进行搅拌焊接时，无需消耗焊丝、保护气体、焊剂以及焊条等材料，另外，传统的焊接方式需要将铝合金表面的氧化膜去掉，但是搅拌焊接只需要将被焊物体表面的油污去掉即可，不仅可以有效降低能源的消耗，其污染性也相对较小，可以为汽车实现轻量化提供重要保障。
3.3弧焊
由于铝熔点低，热导率、电导率都远高于钢，导致焊接变形及焊接应力增加，故需采用低热输入量或高能量密度的焊接工艺，如冷金属过渡焊、激光焊及等离子弧焊技术。由于铝合金吸热后极易产生热应力集中，造成板件变形严重甚至开裂，所以冷金属过渡焊在这方面具有独到的优点。通过引弧-熄弧-再引弧的重复方式减小热量的输入，可有效地避免变形和开裂。为满足高能量密度弧焊对零件装配间隙的要求，激光焊、等离子弧焊、激光-电弧复合焊接技术将来也有一定发展前途。
结语
在汽车轻量化研究中，轻量化材料的选择是轻量化程度的主要影响因素。单一的轻量化材料无法满足汽车轻量化发展需求，因此需要通过将多种轻量化材料进行混合使用来满足汽车制造要求。而多种材料的混合，对焊接技术提出了更高要求。因此，在企业的未来发展中，不仅要加强汽车轻量化材料的选择，更要提高焊接技术，以此来促进汽车轻量化发展。
参考文献
[1]钱振羽，黄超，李政，舒晓芹，朱佳烨.船舶钢板焊接新技术的发展现状[J].船舶物资与市场，2019（09）：20-21.
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