汽车白车身常用连接技术及铝件应用分析

2023年11月21日发(作者：美国汽车品牌大全图片)

汽车白车身连接技术及铝件应用分析

导读：

针对德系和日系白车身铝件连接技术路线的差异性问题，运用选

取典型、对标分析的研究方法，叙述了大众和丰田公司铝件连接工艺

的原理、成形过程及工艺特点，从轻量化、质量、效率和成本4个方

面对比大众和丰田的工艺技术路线，形成大众和丰田的白车身铝件种

类和连接工艺对比分析表，分析得出大众车身的铝件种类多、连接工

艺种类比丰田多、投资大，且均满足各自质量要求，提出一汽应借鉴

大众和丰田的铝件连接工艺的应用经验。

1前言

进口车型奥迪A8车身材料为铝材占58%，钢材占40.5%，碳纤维

占1%，镁材占0.5%，A8白车身质量为282kg。铝材与钢材有较大的

差别，铝材的化学性质非常活泼，与其他材料接触后极易发生腐蚀，

其工位器具具有特殊性，清洁要求高，铝件之间必须隔开放置，工件

接触点必须橡胶覆盖。

铝件冲压工艺准备如下：

a.厂房温度要求大于10℃，推荐为15℃。

b.在冲压前板料应该提前24h送达，冬季应提前48h将板料送达冲

压车间。

铝件焊装工艺准备如下。

a.在温度降至露点以下时，焊装需要解决零件表面的冷凝水问题，零

件被加工之前表面必须干燥。

b.厂房温度要求大于10℃，推荐为18℃。

2大众铝件连接工艺

2.1铝件在大众车型的应用

大众车型铝件主要分布在前盖、后盖、四门这些表面覆盖件，涉及8

种工艺（表1），包括水洗钝化、冲铆、冲连、激光钎焊、激光熔焊、

滚边压合、烘干、修磨。

表1铝件应用及相关工艺技术

2.2水洗钝化处理

焊接前要对冲压铝件进行水洗钝化处理，钝化后采用专用工位器具将

铝件运往焊装车间进行总成焊接生产。

钝化可以脱掉铝件表面的氧化膜及油污，能够防止工件再次氧化，以

利于焊接。凡是需要激光钎焊、冷金属过渡焊接技术等焊接操作的零

件都需要进行水洗钝化[1],其流程见图1。

2.3铝件主要连接工艺

2.3.1冲铆

冲铆的连接强度高于传统的冲孔铆接。铝件冲铆工艺流程分为定位、

夹紧、穿刺、变形和成形5个阶段[1]，如图2所示。

图2冲铆工艺流程[1]

优点：可连接有镀层的材料或很难用焊接方法连接的材料，不破坏涂

层；不仅适用于同种材料之间的铆接，而且能够实现铝钢、复合材料

与金属材料的连接；也可以实现两层以上的材料连接。

2.3.2冲连

铝板件冲连是通过凸模挤压凹模使上板料嵌入下板料的一种冷变形方

法。采用TOX气液增力缸式冲压设备和专用的TOX标准连接模具，用

凸模把两层或三层板件挤压入相应的凹模，从而形成连接圆点。如图

3所示。

图3铝件冲连工艺

冲连工艺流程分为准备压入、前期成型、填充、保压和退模5个阶段[2]。

优点：可连接多层不同金属板材，效率高，工装寿命长等。

2.3.3激光钎焊

激光钎焊是采用激光束作为加热热源的一种钎焊方法，采用激光将焊

丝加热，在焊接时，先将焊丝加热到高于焊丝的熔点但低于母材熔点

的温度，液态焊丝填充到焊缝形成连接，见图4。

图4激光钎焊示意

激光钎焊应用于奥迪Q3后背门外板上下部、奥迪Q7后背门外板上下

部。铝板需要加热到1250℃，并以惰性气体Ar作为保护，使用AlSi

合金焊丝、冷却器和送丝机。

激光熔焊是激光焊接中的一种焊接方法，用聚焦激光束扫描焊件焊接

区，使焊接区金属熔化凝固成激光焊缝。

激光熔焊应用于奥迪C7四门外板。铝件在激光焊接前需要进行表面处

理即水洗钝化。

优点：输入热量低，热影响区小，变形少；由机器人焊接，缩短生产

时间30%；非接触式焊接，工装损耗相对小；可焊材质种类范围大，

亦可相互接合各种异质材料。

2.4铝件修磨技术

白车身表面件在涂装之前要进行表面修磨。打磨铝件会产生铝粉尘，

对人体健康有伤害；当铝粉在空气中的浓度高于30g/m3时，就有爆

炸的危险[1]。因此，大众公司建造封闭的、带有排风除尘功能的打磨

间，集中收集处理铝粉屑，见图5。

图5铝件打磨间

3丰田铝件连接工艺

3.1丰田车铝件明显少于欧美车型

一汽丰田RAV4荣放车型在翼子板、发动机盖和后背门采用铝材，是丰

田汽车在中国的首款采用铝材的车型。豪华车型车身表面件材质对比

见表2，丰田高端车型雷克萨斯RS仅仅在发动机盖和后背门采用铝材，

相对欧美车型较少。

表2豪华车型车身表面件材质对比

3.2搅拌摩擦点焊焊接铝件

丰田采用搅拌摩擦点焊进行铝件焊接，工艺过程见图6，利用非损耗

的特殊形状的搅拌头，高速旋转着插入被焊零件，通过对材料的搅拌

和摩擦，使待焊零件加热至热塑性状态，在热-机联合作用下材料扩散

连接形成致密的金属间固相连接。

图6搅拌摩擦点焊工艺过程

搅拌摩擦焊枪搭载于机器人上，通过机器人控制器进行统一控制，构

成简易，无大容量电源、焊机及其它附属设备，见图7。

图7搅拌摩擦焊机器人系统

铝及铝合金在空气中容易形成致密高熔点氧化膜，为其熔化焊接造成

了极大的困难。搅拌摩擦焊利用搅拌头的机械作用，可以自动清除铝

合金表面氧化膜，而不需要在焊前进行严格的清理工作[3]。

搅拌摩擦点焊是一种高质量的铝合金焊接方法，连接强度相比传统工

艺提升约1倍，可以焊接全系列铝合金，解决铝合金焊接接头软化的

问题。焊接过程稳定，节约能源，可实现零飞溅、无污染焊接，高强

度连接铝合金的综合成本相比其他工艺约低20%。

4铝连接技术路线对比分析

4.1白车身铝件种类对比

从表3大众与丰田白车身铝件种类对比中，可以发现大众车型的铝件

种类多于丰田，为1～4倍。

表3大众与丰田铝件种类对比

虽然在轻量化材料-铝的应用上大众比丰田多，但是从表4大众与丰田

车型整车质量对比中，可以看到大众整车质量较丰田高。

表4大众与丰田车型整车整备质量对比

汽车轻量化有材料轻量化、结构轻量化和制造工艺轻量化3种方式。

丰田车在结构轻量化和制造工艺轻量化方面，相比大众车要好一些，

丰田车采用的材料厚度更精益，制造工艺上选用无增重的搅拌摩擦点

焊，而大众采用了有铆钉增重的冲铆工艺。

4.2铝连接工艺对比

从表5大众与丰田铝连接工艺对比中，可以看出大众采用连接工艺有

7种，而丰田仅为3种。按照大众和丰田各自的技术标准，这些连接

工艺均能够满足其质量要求。

表5大众与丰田铝连接工艺对比

因为大众公司采用激光钎焊方式，而这种工艺需要采用水洗钝化焊前

处理才能保证激光钎焊质量，故大众车有水洗钝化工艺。

大众车在门盖滚压包边后，需要烘干让折边胶和减振胶固化，增加门

盖的强度，才能保证在涂装车间前处理电泳过程中车身翻转时不变形，

而丰田前处理电泳过程中没有车身翻转动作，不需要门盖胶类固化来

增加强度，故丰田焊装没有门盖的烘干工艺。

丰田采用搅拌摩擦焊对材料表面电阻无要求，这是丰田没有水洗钝化

求促进汽车轻量化的不断进步和发展，相信未来将会有更多新的铝件