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行業資訊
有鋁就是鋁制車身?先問問車身骨架答不答應
發布時間:2016-10-08 | 來源: | 編輯:ahgreene | 瀏覽:
  從汽車行業發展潮流來看,車身輕量化的大方向還是集中在新材料的應用上。但考慮到成本以及制造能力的限制,用新材料全部替代原有的鋼材還是很奢侈的。
  除去成本因素的考慮,新材料對傳統車身制造技術也帶來了極大挑戰。這時,很多特殊的車身結構也應運而生,我們一般稱它們為一體化車身結構。
  比如鋼鋁一體化車身、鋼塑一體化車身等,既減輕了車身重量,又保證了車身強度。其中,鋼鋁一體化車身目前是行業重點,也是此文的主角。
  1什么是鋼鋁一體化車身 鋼鋁一體化車身結構,是結合高性能輕質材料與車身結構優化思路的典型代表。簡單來說,就是在原全鋼車身骨架結構基礎上,將某些鋼質部件替換為鋁合金或鋁鎂合金等材料。這種設計方式能夠在保證原有鋼質結構基本性能不變的情況下,實現較大程度的輕量化。
  “什么是車身骨架?
  通常是指縱梁、橫梁、支柱等主要承力元件,及與它們相連接的鈑件共同組成的剛性空間結構,一般不包括四門兩蓋等覆蓋件。現代轎車多采用承載式結構,車身骨架看上去不明顯。
  2鋁用在骨架上才是鋼鋁一體化車身
  首先下一個赤裸裸的結論——只在外覆蓋件等非骨架件上用鋁只是初級的一體化車身,甚至可以說不是真正的鋼鋁一體化車身。
  目前車企對于鋁合金或鋁鎂合金等輕量化金屬材料的應用,主要集中在發動機、內外發動機罩、車門、懸架連接桿件、散熱器、擋泥板、輪轂、變速器殼體以及內飾件等部件上。
  就鋼鋁一體化車身設計制造理念來看,在白車身骨架上使用鋁材料才更符合該定義。以凱迪拉克CT6為例,前防撞梁、前縱梁、前輪拱以及底板處都采用了鋁合金材料;類似的設計車型還有奧迪TT、寶馬5系(鋼制車身和鋁制車首)等。
  鋼鋁一體化車身是鋼鋁混合車身中的一種高階形式,有些車企會宣傳自己使用的是鋼鋁混合車身,但從實際鋁合金材料的使用率以及使用部位來說卻避開了車身骨架,未免有些名不副實。
  3鋼鋁一體化車身對連接技術的挑戰
  鋼鋁一體化是指在傳統鋼質骨架車身中,某些構件用鋁合金材料來替代。但現實往往是殘酷的,鋁和鋼在物理、化學性質及晶體結構上都有著很大的差異。
  要知道車身制造是以焊接為主的,性能的差異直接導致了鋁與鋼的焊接能力較差。這里用常用的6061鋁合金和Q235低碳鋼為例,來看看這兩種材料的性能差異在哪兒。
  綜合以上因素并結合實際制造經驗,總結鋁和鋼焊接常見的問題有:
  ▎鋁與鋼的連接處容易形成脆性的金屬間化合物,接頭會出現嚴重的脆化現象。汽車經常處于振動的狀態,脆化現象嚴重的焊接接頭很容易產生斷裂現象;
  ▎物理性能的差異容易引發較大的焊接應力。焊接應力就好比吹氣球,一開始沒多大問題,但隨著氣體累積,一旦氣球中氣體過量,氣球支撐不住就會爆炸;
  ▎鋁有較強的化學活性,其表面極易形成致密的氧化膜,而去除氧化層則需要高能量輸入,這會使得鋼鋁晶間化合物厚度增加,影響焊接接頭強度。此外,焊接過程中釋放的高熱量會使接頭發生氧化,產生的夾雜物會破壞接頭的連續性和整體性,而金屬間化合物的非連續性對焊接接頭強度的影響甚至會超過化合物厚度對焊接強度的影響。
  ▎鋁合金雖然密度較鋼小,但在強度上還是無法達到鋼材的水平。由于延伸率較差,在鋼鋁連接點處容易產生裂紋。
  通過以上分析不難發現,使鋼和鋁能達到良好的連接狀態是鋼鋁一體化車身結構的研究難點。在車聚君看來,其難度不亞于鋁鋁連接。
  4鋁和鋼是怎樣焊在一起的?
  既然希望用鋁替代鋼,那么問題來了,性質差別如隔鴻溝的兩種材料能夠完好的結合在一起嗎?大家莫方,且聽車聚君一一道來。
  車身連接技術通常涉及到焊接、粘接、機械連接,而這三種連接中,焊接手段對材料的相容性要求較高。
  由于現有的粘接技術、粘接接頭的機械強度有限,只能應用在接頭要求較低的部位,而機械連接(比如自沖鉚釘連接SPR、旋轉鉆鉚FDS)氣密性差、不能使用在表面質量要求高的區域。鑒于鋼鋁連接尚處在起步階段,焊接依然是鋼鋁連接的主要手段。
  下表是常見的焊接手段以及其特點:
  小結:
  雖然廠家都在宣傳鋁合金的使用,但真正敢于克服技術難點的卻沒有大家想象中的多。如今大家都在唱衰全鋼車身期待全鋁時代到來,在車聚君看來,這兩種產品都還將維持相當長一段時間。從全鋼到全鋁,鋼鋁一體化必將是其中一個重要的過渡階段。

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