隨著全球汽車保有量的增加猴伶，汽車尾氣排放成為全球性溫室效應(yīng)的主要原因之一，汽車輕量化是解決能源排放的最佳途徑之一。文章主要介紹了輕量化鋁合金車身各種連接技術(shù)队装，對推進(jìn)輕量化車身制造有一定的參考借鑒作用。

得益于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長和人民生活水平不 斷提高翻粘，2009 ～ 2020 年中國汽車產(chǎn)銷連續(xù) 12 年 穩(wěn)居世界第一烟焊，但汽車大國遠(yuǎn)非汽車強(qiáng)國。節(jié)能和 新能源汽車是實(shí)現(xiàn)我國汽車產(chǎn)業(yè)升級換擋的重要途 徑，輕量化是新能源汽車發(fā)展的一個主要議題隔造，而 鋁合金連接技術(shù)是輕量化車身工藝主要瓶頸之一洲稽。 

鋁合金車身輕量化

車身輕量化材料一般有輕合金、高強(qiáng)度金屬 材料刃勤、工程塑料蚂朽、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和陶瓷材料 等。鋁合金由于具有密度泻ァ（僅為鋼或銅的約 1/3 左右）掖蛤、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、優(yōu)良的塑性和可焊接性 好等特點(diǎn)井厌，賦予鋁合金車身優(yōu)秀的輕量化效果蚓庭，使 整車動力性、操控性和燃油經(jīng)濟(jì)性都得到很大提 升仅仆，良好的加工工藝性使鋁合金能塑造極美的車身 曲面器赞，超強(qiáng)的耐腐蝕性能，鋁合金表面氧化形成一 層致密的氧化層與鋁基體牢固結(jié)墓拜，合從而對車身形 成嚴(yán)密保護(hù)港柜。 

全鋁車身最大的問題，一方面是純鋁的冶煉和鋁 合金的加工成本都較鋼更高咳榜，因此鋁合金的價格較高夏醉， 另一方面是加工工藝比較復(fù)雜，特別是鋁合金連接工 藝的復(fù)雜性和自動化程度要求都遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)車身涌韩。

據(jù)報道授舟，電動汽車使用鋁合金車身車重每降 低 10％，則電耗降低 5.5％冈哮，續(xù)航里程增加 5.5％络灾， 而增加相同里程需增加電池成本遠(yuǎn)高于此。如大 眾 e-Golf啃嫂，通過使用全鋁車身成功減重 187 kg蜕芭， 優(yōu)化電池配置后成本降低 635 歐元。Model S吻唐、 Model X 和蔚來 ES8 據(jù)報道也采用全鋁車身乳的，而入門的 Model 3 則采用成本更低的鋁鋼混合材料。

在可預(yù)見的未來武瘟，續(xù)航里程將長期是衡量純電 動汽車的最重要指標(biāo)之一硼环，鋁制車身帶來的百公斤 級減重必然是定位高端電動汽車十分看重的一點(diǎn)， 而全鋁車身更大范圍的應(yīng)用或許能夠有助于這一技 術(shù)降低門檻茴典，未來逐步下沉到入門車型狰宗。

鋁合金車身連接技術(shù) 

鋁合金與傳統(tǒng)的鋼材在晶體結(jié)構(gòu)和物理屬性上 存在較大差異白庙。例如，鋼的熔點(diǎn)為 1 536 ℃甘沾，而鋁 合金熔點(diǎn)僅為 660 ℃搬设，鋁合金的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率遠(yuǎn) 遠(yuǎn)高于鋼撕捍。這些都導(dǎo)致傳統(tǒng)焊接工藝難以實(shí)現(xiàn)可靠 連接拿穴。目前解決新能源汽車輕量化車身連接的主要 技術(shù)路徑有：MIG/MAG 焊、自適應(yīng)電阻點(diǎn)焊忧风、激光焊默色、 激光電弧復(fù)合焊技術(shù)、攪拌摩擦焊狮腿、鎖鉚腿宰、沖鉚連 接（TOX 無釘和 SPR 有釘沖鉚）、自攻螺接 FDS 及 膠接或聯(lián)合使用幾種方法完成輕量化車身連接蚤霞。 

車身輕量化有多種技術(shù)路徑酗失，在材料和工藝 兩種輕量化方面义钉，各公司采取了不同的技術(shù)路徑昧绣。 據(jù)報道 AUDI A8 共采用了 14 種連接方法。奇瑞捷 豹路虎采用 SPR 技術(shù)完成 3 700 多個帶釘自沖鉚 接捶闸，來自瑞典 HENROB 公司的專利自沖鉚鉗夜畴，每 把鉚鉗 70 萬～ 130 萬元人民幣，鉚釘每個 0.5 元蚌长。 上海通用凱迪拉克 CT6 車型使用專利電阻點(diǎn)焊（同 心圓電極技術(shù)）的惕、SPR、FDS 和膠接技術(shù)聯(lián)合完成 新型輕量化車身連接绵顷。 

1．鋁合金點(diǎn)焊（RSW）

鋁電阻點(diǎn)焊是一種傳統(tǒng)的焊接工藝方法补屎，工件組合后通過電極施加壓力，利 用電流通過接頭的接觸面及鄰近 區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方 法÷蒡撸現(xiàn)階段由于車身輕量化需求臣搏， 需從電源和焊槍入手，來解決傳 統(tǒng)鋁焊接電極壽命短剪酵、生產(chǎn)效率 低的問題陨否。 

近年來，依靠伺服馬達(dá)驅(qū) 動的伺服焊槍以及中頻逆變直流 MFDC 電阻點(diǎn)焊設(shè)備药呜，具有電極 壓力精準(zhǔn)殃通、焊接電流平穩(wěn)、響應(yīng) 快速等特點(diǎn)访僚，正逐漸被推廣應(yīng)用昔搂。 中頻逆變自適應(yīng)直流電阻焊具有 反饋控制響應(yīng)速度快玲销、輸出穩(wěn)定 性好、熱效率高巩趁、焊接時間縮短痒玩、 功率損耗很小、節(jié)能效果明顯且 設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)议慰。整體而言蠢古， 該設(shè)備功率因素達(dá)到 95％，節(jié) 約能量達(dá) 30％以上别凹，電極壽命 提高 1 倍以上草讶，焊接鋁及鋁合金 等導(dǎo)熱性高的金屬效果顯著，質(zhì) 量更穩(wěn)定可靠炉菲。 

上海通用凱迪拉克 CT6 生 產(chǎn)線應(yīng)用 GM（通用汽車公司） 專利技術(shù)的表面有特殊環(huán)狀紋路 （Multi-Ring Domed Electrode） 螺旋狀電極鋁合金點(diǎn)焊技術(shù)（圖 1）堕战，伏能士（Fronius）電極帶式 鋁點(diǎn)焊（DeltaSpot），都是實(shí)現(xiàn) 鋁合金車身點(diǎn)焊的技術(shù)途徑拍霜。

2．鋁弧焊 

鋁 熔 點(diǎn) 低嘱丢， 只 有 550 ～ 660℃，熱膨脹系數(shù)是鋼的 2 倍祠饺， 導(dǎo)熱性是鋼的 4 倍腔益，因此焊接 變形及焊接應(yīng)力增加，需要采用 低熱輸入量焊接工藝（如 CMT络峦、 激光和等離子弧焊技術(shù)）舰打。由于 鋁合金吸熱后極容易熱應(yīng)力集 中，造成板件開裂蒋巡，MIG 焊時目 前主要采用 2 種方式減少產(chǎn)生熱 量凫荡，即機(jī)械截斷式和電源截斷式， 通過引弧—熄弧—再引弧的重復(fù)方式減小熱量的輸入肚苇。為解決高 能量密度弧焊對零部件裝配間隙 的要求功抠，激光—電弧復(fù)合焊技術(shù) 將來也有一定發(fā)展前途。 

3．自沖鉚接（SPR） 

SPR 屬于冷連接技術(shù)蚣锌，使 用大壓力將鉚釘直接壓入待鉚接 板材耘昙，待鉚接板材在鉚釘?shù)膲毫?作用下和鉚釘發(fā)生塑性變形，成 形后充盈于鉚模之中俱挨，形成穩(wěn)定 連接的一種全新的板材連接技術(shù) （圖 2）函绊。

SPR 獨(dú)特的連接方式，可有 效克服鋁合金漓拾、鎂合金和鈦合金 等輕金屬材料導(dǎo)電和導(dǎo)熱性快阁最、 熱容小、易氧化及難以采用傳統(tǒng) 的連接方法進(jìn)行焊接的缺點(diǎn)骇两。

SPR 的工藝優(yōu)點(diǎn)主要有： 

（1）不僅適于同種材料之間 的連接速种，而且能夠?qū)崿F(xiàn)鋁 / 鎂姜盈、 鋁 / 鋼、鎂 / 鋼配阵、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) 材料的雙層及多層連接馏颂； 

（2）鉚接過程能耗低、無熱 效應(yīng)棋傍、不會破壞涂層救拉。 SPR 的工藝缺點(diǎn)主要有：

（1）不同材質(zhì)、厚度及硬度 的接頭組合需要不同的鉚釘瘫拣、沖 頭及沖模亿絮，鉚釘成本較貴； 

（2）設(shè)備系統(tǒng)成本遠(yuǎn)高于電阻點(diǎn)焊麸拄，鉚接點(diǎn)的平面凸起 2 ～ 3 mm派昧，2 層板連接后再與第 3 層板連接時，對進(jìn)槍的方向有限 制颤皆； 

（3）只能使用 C 形鉚接槍酬苇， 雙側(cè)需要預(yù)留進(jìn)槍空間（無法應(yīng) 用于封閉型腔）。

4. 無鉚釘自沖鉚接 （Clinching）

Clinching 屬于壓力連接的一 種给番，利用板件本身的冷變形能力蚤件， 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)或缘。

Clinching 與 SPR 工藝相比梅明， 優(yōu)點(diǎn)有： 

（1）它不需要額外的鉚釘姐淫， 總成本要明顯低于 SPR 連接般迈； 

（2）在連接成形過程中，板 件的防銹鍍層或漆層也隨之一起 塑性變形流動而無撕裂損傷匠泵，因 此恋赎，不會對零部件表面造成破壞， 也不會影響連接點(diǎn)處材料的抗腐 蝕性及強(qiáng)度了酌。 

缺點(diǎn)：目前其在車身結(jié)構(gòu)上 的應(yīng)用主要局限于車門疾浓、發(fā)動機(jī) 罩、行李箱蓋对嚼、輪罩等強(qiáng)度要求 相對較低的部件上夹抗，其應(yīng)用范圍 并不如 SPR 廣泛，主要原因在 于其連接強(qiáng)度不如鋼鋁混合車 身纵竖，而鋼鋁混合車身結(jié)構(gòu)對連接點(diǎn)強(qiáng)度的要求更高漠烧。

5．熱熔自攻螺釘（FDS） 

熱熔自攻螺釘鉚接，又稱流 鉆螺釘（Flow DrillScrew）技術(shù)靡砌。 FDS 原理是利用螺釘?shù)母咚傩D(zhuǎn) 產(chǎn)生的熱量軟化待連接板母材已脓， 并在巨大的軸向壓力下珊楼，擠壓并 旋入待連接板實(shí)現(xiàn)鉆孔和攻絲， 最終在板材與螺釘之間形成螺紋 擰緊連接度液，而中心孔處的母材則 被擠出厕宗，并在下層板的底部形成 一個環(huán)狀套管。

FDS 工藝過程六 階段如圖 3 所示堕担。 

FDS 工藝的優(yōu)點(diǎn)主要有： 

（1）因?yàn)槁葆敳恍枰冃危?因此可以用來連接包括超高強(qiáng)度 鋼已慢、鋁鎂合金和復(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)霹购、壁厚或封閉腔體蛇受，無法 使用 SPR 或 Clinching 的情況； 

（3）板件被加熱巫顽，板件與螺 釘接觸好菱脯、連接強(qiáng)度大。

FDS 工藝的缺點(diǎn)主要有： 

（1）設(shè)備系統(tǒng)成本遠(yuǎn)高于電 阻點(diǎn)焊菲痹，鉚釘成本高湘秀； 

（2）單面施力，連接時需要 高強(qiáng)度剛性支撐编毒； 

（3）操 作 時 間 長军含， 約 為 5 ～ 8 s ； 

（4）工藝完成后歹簸，材料正反 面均有較大凸起孩砸，螺釘尺寸較長， 如果大量使用會增加車身自重搬洪， 同時過長的露出部分也會對車身 的設(shè)計與制造產(chǎn)生影響贸掰； 

（5）因?yàn)橄聦右@穿，接 頭的防腐能力會下降燃拥。

6．鎖鉚（Rivet）

鎖鉚連接主要特點(diǎn)有： 

（1）輔料成本高审胚，Rivet 比 FDS 的價格要貴 1 倍，因此設(shè) 備壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 FDS礼旅，造成設(shè) 備成本較高膳叨，同時導(dǎo)致設(shè)備笨重； 

（2）噪聲大痘系，必須建設(shè)單 獨(dú)廠房菲嘴，對生產(chǎn)廠房空間要求高； 

（3）連接時相對熱變形小汰翠， 板件匹配效果好龄坪； 

（4）無法拆卸，相對 FDS 返修更加困難奴璃。

7. 攪拌摩擦焊 

攪拌摩擦焊是一種可用于 各種合金板焊接的固態(tài)連接技 術(shù)悉默。與傳統(tǒng)熔焊方法相比城豁，攪拌 摩擦焊無飛濺、無煙塵抄课，不需要 添加焊絲和保護(hù)氣體唱星，接頭無氣 孔、裂紋跟磨，與普通摩擦相比局硝，它 不受軸類零部件的限制，可焊接 直焊縫潭灯。這種焊接方法還有一系 列其他優(yōu)點(diǎn)焙逝，如接頭的力學(xué)性能 好、節(jié)能话弹、無污染年笋、焊前準(zhǔn)備要 求低等。由于鋁及鋁合金熔點(diǎn)低味专， 更適于采用攪拌摩擦焊雌她。

摩擦塞鉚焊 EJOWELD 是 一種新型連接技術(shù)，利用“釘子” 的高速旋轉(zhuǎn)穿透上板板料（如 鋁合金）数荤，并利用釘子和下層板 的旋轉(zhuǎn)摩擦生熱熔化下層板料 （如 22MnB5 硼鋼）政用，并在壓力 的作用下完成“釘子”（鋼質(zhì)） 與下層板料的焊接，從而形成 穩(wěn)固結(jié)合阴戚。

摩擦塞鉚焊 EJOWELD 的優(yōu) 點(diǎn)主要有： 

（1）是一種少有的可以直接 連接鋁合金（如 6061）和高強(qiáng) 度鋼（熱成形硼鋼 22MnB5）的 新工藝倘灸；

（2）無需預(yù)開孔。

摩擦塞鉚焊 EJOWELD 的缺 點(diǎn)主要有： 

（1）雙面可達(dá)笋熬，必須雙面都 能操作热某； 

（2）需要一個額外的連接元 件；

（3）在需要嚴(yán)格密封的位置 （如海洋環(huán)境）突诬，釘頭處需要使用 密封膠苫拍。

8. 結(jié)構(gòu)膠（Adhesive）

膠粘連接在汽車工業(yè)中的 應(yīng)用已經(jīng)有很長的歷史芜繁，與其他 連接方法相比旺隙，膠粘連接有其獨(dú)特優(yōu)勢，粘接采用面接觸骏令，而非點(diǎn)或線接觸蔬捷。與點(diǎn)焊及鉚接相比，不易產(chǎn)生 應(yīng)力集中榔袋，連接強(qiáng)度周拐、剛度和疲勞強(qiáng)度也相對較高，而且連接范圍廣凰兑，應(yīng)用 于各種輕金屬妥粟、鋼材以及其他不同材料的連接审丘。 

膠粘劑在車身上的應(yīng)用，最初是以防腐和密封為目的犀进，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嵌鳖。新一代結(jié)構(gòu)膠粘劑具有高強(qiáng)度、高 剛度的特性膊节，同時在沖擊載荷的作用下及裂，又具有足夠的韌性和柔性，能夠滿 足車身結(jié)構(gòu)的需求原拉，整車性能得以提升嘀矢，從而擴(kuò)大了膠粘連接的應(yīng)用范圍。 

目前堵套，結(jié)構(gòu)膠在各大主機(jī)廠中的單車用量呈逐漸上升的趨勢昵例。 連接工藝方式主要取決于車身材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計及設(shè)備水平端皮。綜合考慮高 質(zhì)量焰醇、高效率、節(jié)省投資近们、維修備件腿扒、節(jié)約輔材、操作便利及節(jié)能環(huán)保等因素术瓮。 目前國內(nèi)輕量化車身應(yīng)用較多的是點(diǎn)焊康聂、Clinching 和 SPR 連接技術(shù)。連接 工藝不是孤立存在的胞四，不同的連接工藝可以通過自動工具切換系統(tǒng)來完成恬汁， 以滿足行業(yè)柔性化的需要。目前鋼鋁混合車身的設(shè)計開發(fā)辜伟、材料成型制造工 藝及連接設(shè)備等還處于研發(fā)應(yīng)用推廣中氓侧，需要更多高校、科研機(jī)構(gòu)导狡、汽車廠 以及設(shè)備供應(yīng)商加強(qiáng)溝通和合作约巷，相信不久會很快掌握輕量化車身連接技術(shù) 并逐漸推廣應(yīng)用。 

結(jié)論

（1）鋁合金是車身輕量化的重要發(fā)展方向旱捧，鋁合金連接是其關(guān)鍵工藝独郎； 

2）由于車身造型特點(diǎn)和設(shè)計規(guī)范的差異，各種車型采用了不同鋁合金 連接技術(shù)枚赡，從技術(shù)傳承及經(jīng)濟(jì)合理性預(yù)測氓癌，電阻點(diǎn)焊、CMT 焊、高能密度焊 接和膠接有較大的發(fā)展前景她蛉。

（東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司 崔厚學(xué)贺坝，上海商科焊接智能裝備有限公司 張毅）

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