從目前的研究及大部分車企應(yīng)用情況來看，比較適用于鋁合金車身及鋼鋁混合車身的連接工藝有：鋁合金點(diǎn)焊、SPR、壓力連接（Clinching）、熱熔自攻絲（FDS）、弧焊、激光焊、粘接、包邊、螺柱焊、摩擦攪拌焊等。

一、鋁合金點(diǎn)焊

因鋁合金熔點(diǎn)低、線膨脹率高、導(dǎo)電率高、表面易氧化等特性，鋁點(diǎn)焊須采用大電流、短時(shí)間、多脈沖、大電極壓力，所以鋁點(diǎn)焊時(shí)輸出大電流對焊機(jī)、變壓器（最大達(dá)230KVA）及焊槍的供電要求高，大電極壓力需焊槍結(jié)構(gòu)牢固可靠。大電流易產(chǎn)生強(qiáng)磁場，焊接工裝需防磁以防焊接時(shí)通訊信號丟失。

常見的鋁合金點(diǎn)焊形式有：①常規(guī)鋁合金點(diǎn)焊；②螺旋狀電極鋁合金點(diǎn)焊；③電極帶式鋁點(diǎn)焊。

① 常規(guī)鋁合金點(diǎn)焊的主要焊鉗提供商為加拿大Centerline。鋁點(diǎn)焊焊鉗在結(jié)最大壓力、電極帽形狀尺寸上都與傳統(tǒng)焊鉗有些差異。

Centerline鋁點(diǎn)焊鉗在Tesla的應(yīng)用

② 螺旋狀電極鋁合金點(diǎn)焊為GM專利技術(shù)，在凱迪拉克CT6等生產(chǎn)線有應(yīng)用。這種電極頭表面有特殊的環(huán)狀紋路，可在鋁材表面產(chǎn)生不同的應(yīng)力區(qū)，破碎氧化膜以得到可控制的接觸電阻。在鋁點(diǎn)焊生產(chǎn)時(shí)，還需配備相應(yīng)的四刀片修磨器修出螺紋，修磨頻次為普通碳鋼點(diǎn)焊的5倍，約40～50點(diǎn)/次。

螺旋狀鋁合金點(diǎn)焊

③Delta Spot是在電極和工件之間增加一條全新電極帶。每個(gè)點(diǎn)焊后，電極帶自動(dòng)移動(dòng)到下一位置，這樣使得電極表面總是清潔的，解決了鋁點(diǎn)焊容易從母材上黏連材料的問題，保證每個(gè)焊點(diǎn)都有高質(zhì)量的焊接工況；70M的焊帶能焊出5000-10000個(gè)點(diǎn)，電極帶使用完需要重新更換。

Delta Spot

二、SPR（Self-piercing rivets）

SPR屬于冷連接技術(shù)，其獨(dú)特的連接方式使其可以有效克服鋁合金、鎂合金、鈦合金等輕金屬材料導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，熱容小，易氧化，難于采用傳統(tǒng)的連接方法如點(diǎn)焊進(jìn)行焊接的缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是：不僅適于同種材料之間的連接而且能夠?qū)崿F(xiàn)鋁—鎂、鋁—鋼、鎂—鋼、鋁合金/鎂合金/高強(qiáng)度鋼等金屬材料和高分子材料/復(fù)合材料的同質(zhì)和異質(zhì)材料的雙層和多層連接；鉚接過程低能耗，無熱效應(yīng)，不會(huì)破壞涂層。

缺點(diǎn)是：不同材質(zhì)、厚度及硬度的接頭組合需要不同的鉚釘、沖頭及沖模，鉚釘成本較貴; 設(shè)備系統(tǒng)成本遠(yuǎn)高于電阻點(diǎn)焊; 鉚接點(diǎn)的平面凸起 2 ～ 3 mm，兩層板連接后再與第三層板連接時(shí)進(jìn)槍方向有限制；只能使用 C 型鉚接槍；連接點(diǎn)處需要保留雙側(cè)的進(jìn)槍空間。

目前，SPR已廣泛應(yīng)用于奧迪、寶馬、捷豹、沃爾沃、通用、福特和戴姆勒—克萊斯勒等公司鋁合金合身的制造，接頭疲勞強(qiáng)度可達(dá)電阻點(diǎn)焊的 2 倍。

國內(nèi)奇瑞捷豹路虎車身普遍采用的連接工藝就是SPR。

SPR 1

SPR 2

SRP 3

SPR 4

三、壓力連接（Clinching）

利用板件本身的冷變形能力，對板件進(jìn)行壓力加工，使板件產(chǎn)生局部變形而將板件連接在一起的機(jī)械連接技術(shù)。

Clinching和SPR工藝相比，優(yōu)點(diǎn)是：①它不需要額外的鉚釘，在大規(guī)模生產(chǎn)制造中，壓力連接的總成本要明顯低于 SPR 連接；②在連接形成過程中，板件的防銹鍍層或漆層也隨之一起塑性變形流動(dòng)而無撕裂損傷，因此不會(huì)對零件表面造成破壞，也不會(huì)影響連接點(diǎn)處材料的抗腐蝕性及強(qiáng)度。

缺點(diǎn)是：目前其在車身結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用領(lǐng)域基本局限于車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李倉蓋、輪罩等強(qiáng)度要求相對較低的地方，并不如 SPR 廣泛，主要原因在于其連接強(qiáng)度不如后者，而鋼鋁混合車身結(jié)構(gòu)對連接點(diǎn)強(qiáng)度的要求就更高。

Clinching設(shè)備主要還是由國外廠家提供，例如：TOX、BTM等。

Clinching

Clinching

四、熱熔自攻絲（FDS）

FDS 工藝通過螺釘?shù)母咚傩D(zhuǎn)軟化待連接板材，并在巨大的軸向壓力作用下擠壓并旋入待連接板材，最終在板材與螺釘之間形成螺紋連接，而中心孔處的母材則被擠出并在下層板的底部形成一個(gè)環(huán)狀套管。

FDS工藝的優(yōu)點(diǎn)有：①因?yàn)槁葆敳恍枰冃?，因此可以用來連接包括超高強(qiáng)鋼、鋁鎂合金、復(fù)合材料在內(nèi)的異種材料; ②單面進(jìn)槍，可用于封閉型腔結(jié)構(gòu)、壁厚大或封閉腔體，無法使用SPR或Clinch；③板件被加熱，板件與螺釘接觸好，連接強(qiáng)度大。

FDS工藝的缺點(diǎn)有：①設(shè)備系統(tǒng)成本遠(yuǎn)高于電阻點(diǎn)焊，鉚釘成本高( 單價(jià) 0． 15 歐元) ; ②單面施力，連接時(shí)需要高強(qiáng)度剛性支撐; ③操作時(shí)間長，約為 5 ～ 8 s; ④工藝完成后材料正反面均有較大凸起，螺釘尺寸較長，如果大量使用會(huì)增加車身自重，同時(shí)過長的露出部分也會(huì)對車身的設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)生影響; ⑤因?yàn)橄聦右@穿，接頭的防腐能力會(huì)下降。

FDS 1

FDS 1

FDS設(shè)備主要還是由國外廠家提供，例如：Weber/Stoger/Deparg等。

五、鋁合金弧焊

鋁合金的主要弧焊焊接特性及注意事項(xiàng)有：

①低熔點(diǎn)，550~660℃；

②鋁表面的高熔點(diǎn)氧化膜（熔點(diǎn)2040℃），使焊接難以進(jìn)行，易形成未熔合和氣孔；

③鋁的熱膨脹系數(shù)是鋼的兩倍，因此焊接變形及焊接應(yīng)力增加；

④需要采用低熱輸入量焊接工藝，因?yàn)闊彷斎霑?huì)導(dǎo)致熱影響區(qū)強(qiáng)度柔化，加大工件內(nèi)應(yīng)力和變形，增加裂紋的敏感度；

⑤鋁的熱導(dǎo)性是鋼的四倍，起弧需要大的電流，收弧采用小電流；

⑥因?yàn)殇X焊絲較軟及熱膨脹系數(shù)大，和焊絲接觸的硬件需要特殊設(shè)置；

目前對于鋁合金弧焊比較成熟的技術(shù)是Fronius CMT和Lincoln 先進(jìn)工藝焊機(jī)的交流脈沖技術(shù)，在此不多做介紹，可以與焊接設(shè)備廠家進(jìn)行詳細(xì)交流。

六、激光釬焊

激光釬焊在鋼制白車身上有廣泛應(yīng)用，例如頂蓋、后尾門、側(cè)圍流水槽等部位。

與常規(guī)熔化焊相比，激光釬焊具有極高的能量密度、精確控制的局部熱輸入和加熱方位、焊接速度快等優(yōu)勢，早已應(yīng)用于鋁/鋼異種金屬的連接。

優(yōu)點(diǎn)是：①連接法蘭小，節(jié)約材料；②可實(shí)現(xiàn)鋼和鋁異種金屬的連接；③可精確調(diào)節(jié)和控制熱輸入，熱影響區(qū)和變形小，可以焊接特殊結(jié)構(gòu)；④焊縫成形美觀、質(zhì)量穩(wěn)定，焊后僅需簡單處理甚至無需處理；

缺點(diǎn)是：①激光聚焦光斑直徑細(xì)小導(dǎo)致工件焊接裝配精度要求高，通常裝配間隙、錯(cuò)邊量需小于 0.1mm或板厚的 10％，增大了具有復(fù)雜三維焊縫焊接結(jié)構(gòu)的實(shí)施難度；②由于室溫條件下鋁合金對激光的反射率高達(dá) 90%，因而鋁合金激光深熔焊接要求激光器具有較高的功率。

七、粘接&粘鉚復(fù)合連接

膠接在汽車工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)有很長時(shí)間的歷史，與其他連接方法相比，膠粘連接有其獨(dú)特優(yōu)勢：粘接采用面接觸而非點(diǎn)或線接觸，與點(diǎn)焊及鉚接相比，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，連接強(qiáng)度和剛度以及疲勞強(qiáng)度也相對較高，而且連接范圍廣，能應(yīng)用于各種輕金屬、鋼材以及不同材料的連接。

膠粘劑在車身上的應(yīng)用，最初是以防腐和密封為目的，后來逐步發(fā)展到對連接的剛度和強(qiáng)度也提出較高的要求，新一代結(jié)構(gòu)膠粘劑具有高強(qiáng)度高剛度，同時(shí)在沖擊載荷作用的時(shí)候又具有足夠的韌性和柔性的特點(diǎn)，能夠滿足車身結(jié)構(gòu)的需求，擴(kuò)大了膠粘連接的應(yīng)用范圍。

BMW i3碳素纖維跑車主要的連接工藝就是粘接（如下圖所示）。

但膠粘連接也有其固有缺點(diǎn)，首先，由于其聚合物的本身特性，在相對較惡劣的環(huán)境下，粘膠劑的連接效果容易受溫度和濕度的影響，對二者比較敏感；其次，膠的凝固需要加熱且耗時(shí)較長，凝固之前需要對板料進(jìn)行固定以防板間相互滑動(dòng)；最后，膠接破壞形式是突然性開裂，失效時(shí)承受的載荷瞬間降為零，在車身結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時(shí)存在著安全隱患，故而粘接一般是和鉚接一起形成鉚粘復(fù)合連接共同應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)。

捷豹 Jaguar XJ 全鋁車身、BMW5、BMW7車身中普遍使用了鉚粘復(fù)合連接。盡管鉚粘復(fù)合連接技術(shù)在實(shí)際車身結(jié)構(gòu)制造中有了一定的應(yīng)用，但從國內(nèi)外的研究及應(yīng)用的現(xiàn)狀來看，其在車身上的全面運(yùn)用還處于初級階段，相關(guān)理論研究也還不成熟。例如，鉚粘復(fù)合連接所獲得的接頭的強(qiáng)度和剛度性能、疲勞特性、吸能特性等并不是鉚接和粘接的簡單相加。

結(jié)構(gòu)膠由于黏度比較大，需要比較高的使用溫度。為了避開鉚接點(diǎn)需要點(diǎn)段式涂膠，所以對涂膠設(shè)備的要求也比較高。因結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量對車身強(qiáng)度有較大影響，所以大部分的結(jié)構(gòu)膠都采用實(shí)時(shí)視覺系統(tǒng)對涂膠缺陷進(jìn)行監(jiān)測，比如Cognex、Quiss、Coherix等品牌。

八、包邊連接

車身覆蓋于外形質(zhì)量要求高、精度控制嚴(yán)，傳統(tǒng)模壓和包邊專機(jī)（Table-Top）包邊投入大、柔性差，機(jī)器人滾壓工藝成為包邊柔性化的必然趨勢。國外成熟的汽車設(shè)備供應(yīng)商已有很多具備了柔性化鋁合金包邊技術(shù)，例如德國Thyssen Krupp、日本Hirotec、德國Edag和英國DVA等公司。

鋁合金板料在常溫下的延展性能較差，很就難采用和鋼件板料一樣的冷加工工藝成形。鋁合金板料在成形方面存在的一些不足，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1. 鋁合金板料的成形性能不及鋼板的好，特別是在薄板方面。由于鋁合金板料局部拉延性能不及鋼板那么好，容易在成形過程中產(chǎn)生裂紋，尤其是形狀較復(fù)雜的零件更容易產(chǎn)生，所以難以良好成形。

2. 鋁合金板料成形過程中的機(jī)械、力學(xué)性能波動(dòng)較大。金屬板料在軋制過程中基本上都存在性能指標(biāo)的波動(dòng)。這些波動(dòng)將造成實(shí)際沖壓結(jié)果與工藝設(shè)計(jì)預(yù)測有偏差，嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)沖壓質(zhì)量問題。

3. 在回彈方面，鋁合金板料成形后的回彈比鋼板成形后的回彈控制更難。由于鋁合金板料的彈性模量只有鋼板的1/3，所以成形過程中鋁合金板料產(chǎn)生的回彈將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼板，進(jìn)一步使得成形后零件的表面質(zhì)量難以得到保證。

一般包邊工藝都是可以分為兩步，預(yù)包邊和終包邊。預(yù)包邊可根據(jù)材料和翻邊角度設(shè)置為2~3次，例如90°-60°-30°。

由于鋁合金包邊成形的特殊性，容易產(chǎn)生裂紋和斷裂，所以在滾邊中一般都采用小變形多道次滾壓的方法，一般 3 次或以上，這就使得鋁合金滾邊的效率大大的降低。

三輪兩道次滾邊，既可提升滾邊效率，也可降低鋁合金板件滾邊后的波浪系數(shù)和伸縮量。

影響滾邊效果的工藝參數(shù)主要有 TCP-RTP、翻邊角度、滾邊速度、滾輪直徑、滾邊壓力等；另一類是板件沖壓成型的參數(shù)，如翻邊高度、板件曲率半徑等。

機(jī)器人滾邊成型過程非常復(fù)雜，在滾邊過程中根據(jù)待滾邊板件的材料性能、不同區(qū)域的成型特點(diǎn)、板件滾邊后的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)節(jié)拍等要求，確定不同的滾邊工藝參數(shù)。需要進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究和試驗(yàn)。

九、螺柱焊

鋁合金螺柱焊以拉弧式為主。焊槍中的磁力提升機(jī)構(gòu)使螺柱上升引弧，導(dǎo)致螺柱斷面和工件融化。

十、攪拌摩擦焊

鋁合金螺柱焊以拉弧式為主。焊槍中的磁力提升機(jī)構(gòu)使螺柱上升引弧，導(dǎo)致螺柱斷面和工件融化。

以上是鋁合金車身或鋼鋁混合車身常用的連接工藝，還有一些其他工藝不在此做介紹，例如螺柱焊、摩擦攪拌焊和金屬鍵合連接等。

連接工藝有時(shí)候也不是孤立存在的，有些工位可能同時(shí)用到鋁合金點(diǎn)焊、SPR和FDS，可以通過自動(dòng)工具切換系統(tǒng)來切換，例如：ATI公司的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)鋁點(diǎn)焊焊鉗、SPR鉚槍和FDS槍之間的切換，滿足了工藝的柔性化。

鋁合金及鋼鋁混合車身的連接工藝方式主要取決于車身材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

真正意義上的輕量化必須以保證車輛的安全性為最基本的前提，面對世界各國日益嚴(yán)格的碰撞法規(guī)，鋼鋁混合車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)就是如何滿足車輛的碰撞法規(guī)，保證汽車的安全性。

（轉(zhuǎn)載）