铝合金在车身中的应用与修复.docx

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铝合金在车身中的应用与修复

铝合金在车身中的应用与修复  

2009-07-1900:

04:

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.一.铝合金在车身制造中的应用

现在汽车制造的一个趋势是使用铝等材料制造车身中大的覆盖件板件,来减少车辆自重,像发动机罩,车顶,车门板,车辆中像奥迪A6,雷诺Lagunaii,标致307和欧宝维特C,他们的发动机罩是铝,雷诺Lagunaii的发动机罩,车顶和车门板都使用铝合金.可是,有许多制造厂把铝合金引入到车身结构件的生产中,甚至完全用铝合金来制造整个车身,车辆中像奥迪A2,A8,捷豹的XJ,其他的厂家像宝马的5系列,铝合金用来制造车身前部的结构件和外部板件.

二.车身中铝合金的种类

1、铝的化学性能和物理性能

纯铝的化学活泼性强，与空气接触时，会在表面形成一层致密的三氧化二铝，这层氧化膜可防止硝酸及醋酸的腐蚀，但在碱类和含氯离子的盐类溶液中，这层氧化膜迅速被破坏，从而引起强烈的腐蚀。

2、铝及铝合金的分类

纯铝在的强度低，但导电性好，一般应用在家庭用品和电器中。

在铝中加入硅、铜、镁、锰、锌等合金元素可以获得不同性能的合金。

根据铝合金的化学成分和制造工艺可分为延展铝和铸造铝。

在延展铝中又可分为不能热处理强化和可热处理强化的铝合金。

非热处理强化铝合金通过加工硬化、固溶强化来提高力学性能。

主要有铝锰合金和铝镁合金等。

它们的特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，焊接性能也好，目前铝合金焊接结构中应用最广的铝合金。

热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、锻铝，经固溶、淬火、时效等工艺提高力学性能，经热处理后抗拉强度显著提高，但往往焊接性能变差，特别是熔化焊时产生焊接热裂纹的倾向性加大，焊接接头的力学性能下降严重。

铝合金的种类

特性

纯铝

（1000系列）

纯度99%以上的铝质材料，导电性佳但强度差，

使用于家庭用品和电气器具等

铝铜合金

（2000系列）

一般称为杜拉铝，此种铝合金强度像钢一样，但焊接性能较差。

使用于飞机的机身

铝锰合金

（3000系列）

此种铝合金改善铝的强度

使用于建材和烹饪器具

铝硅合金

（4000系列）

此种合金加入硅，所以抗磨损性能佳。

此种合金还含有铜、锰或镍，所以耐热性佳，为锻造汽车活塞所使用的材料

铝镁合金

（5000系列）

在所有非热处理铝合金中，此种合金强度强，且焊接性能及耐腐蚀性都很好。

应用于建材、船舶和汽车用熔接构材。

铝硅镁合金

（6000系列）

此种合金强度高，耐腐蚀性佳且具有抗压性，

使用于建材中窗框和汽车抗挤压件

铝锌镁合金

（7000系列）

此种合金在所有铝合金中强度最强。

使用于汽车或机车的车架或保险杠加强梁。

3、铝合金在车身中应用

当车身制造中全部使用铝时,依照他们在车身中的功能的要求,可分为铸造件,冲压件,压铸件.

铝铸件被制造能够承载大载荷的部件,明显减轻了重量但同时还具有高的强度.这些板件具有复杂的几何形状,通常是用真空压铸的方式,使它具有高强度.它还具有高的延展性,良好的焊接性能,较高的塑性,保证它在碰撞时有很高的安全性.

这些铸件的铝合金的类型是5000或6000系列铝合金,合金中主要合金元素是镁,硅可被加入6000系列,或加入铜或镁.

这些挤压件主要用在碰撞变形吸能区域,主要是在碰撞变形中吸收碰撞能量,

铝合金中主要合金元素是硅,还有少量的镁,主要含硅镁合金的通常属于4000-6000系列铝合金,这些部件一般应用在碰撞吸能区域,除了能够承载正常的载荷外,主要在碰撞中吸收能量.一般制造横梁,保险杠加强梁等.

冲压件有非常高的强度,它们能够加强车身的强度和刚性,使车身能够在剧烈的碰撞中保持结构的完整性.

像宝马5系列的前围前罩板,是用5000型铝镁合金制造的.

板件必须要有较高的质量和表面强度,他们通常使用5000系列铝合金

板件有较高的质量和表面强度,他们通常用来制造外部板件,合金中主要有铝镁和硅,或者铝和镁

二.铝合金在车身制造中的优点

在新的车身中铝合金有许多优点和特性,虽然这些特性不一定是好的方面,性能超过传统的钢铁车身,它有许多优点不仅仅是在减轻车身重量方面,重要的是减小燃油消耗,改善车辆的操纵性.

另外一个铝车身优于其他钢铁车身原因是它的环保性能,前面已经提到可以减小燃油的消耗,可减少在生产过程中的污染的排放,因为99%的铝可以被循环利用,在一定程度上补偿在从铝矿石冶炼铝产生的成本\高消耗.

铝的比重大约是钢铁的三分之一,在车身制造中的铝的应用可以使车辆减小20-30%重量,可以减少10%的燃油消耗,这意味着每百公里节省0.5升燃油.

铝合金循环利用率高,可以补偿冶炼的高能源消耗,由于可以重复利用,再循环的成本很低.

铝是一种惰性材料,这种说法也许不准确,铝金属暴露在空气中很快在表面形成一层致密的氧化物,这层氧化物是三氧化二铝,使金属铝和空气隔绝开来,保护氧气的进一步的腐蚀.

正是这种可以迅速形成铝氧化物以抵抗外部氧化腐蚀的性能,使它成为一种优良防腐性能的材料.

铝金属外层的氧化铝有以下特点:

当铝金属暴露在空气中时,会直接与空气中的氧发生发应形成一层薄的致密的氧化铝薄膜,阻隔了进一步的氧化,使铝有好的被动防护性.这层氧化物的熔点高达2050℃,在焊接操作时需要去除这层氧化物,如果不去除这层氧化物,焊缝会存在气孔和杂质等缺陷.

铝有良好的刚性,一定厚度的板材应用在车身上,可以制造整车和部分板件,

铝材的一致性要比钢材好,它能够很好的加工成形,通过冲压或挤压,消耗比较低的能量花费.

铝材具有高的能量吸收性能,使它能够成为一种制造车身变形区的理想材料,以增加车身的被动安全性.

对紫外线的不透光性,对水和气体的不渗透性,没有气味和无毒,使它成为一种无污染的材料,同时还是一种可循环的环保材料.

三.铝车身焊接

1、铝的焊接性能

由于铝合金所具有的独特的物理化学性能，在焊接过程中会产生一系列的困难和特点。

在对铝材进行焊接操作时,必须要考虑它的特殊的性能。

A、铝具有强氧化能力，铝与氧的亲和力很大，在空气中极易与氧结合生成致密结实的三氧化二铝薄膜，厚度约0.1um，三氧化二铝的熔点高达2050℃，远远超过铝合金的熔点，而且密度大，约为铝的1.4倍。

在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。

而且氧化膜还会吸附水分，焊接时会造成焊缝有气孔。

因此为了保证焊接质量，铝外成的氧化铝层在焊接操作时必须要去除，并且防止在焊接过程中再次氧化。

B、铝具有较高的导热系数和比热容，铝的这两个参数都很大，约比钢大一倍多，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部，因此焊接铝合金比焊接钢要消耗更多的热量。

为获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率更大的热源。

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C、铝的热裂纹倾向性大。

铝合金的热膨胀系数约为钢的两倍，凝固时体积收缩率达6.5%，因此在焊接某些铝合金时，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间产生热裂纹，这是铝合金尤其是高强度铝合金焊接时最常见的缺陷之一。

要避免外部缺陷或变形,焊接时要注意加热和冷却的速度过高,在焊接较厚或大的件时,要对板件进行预热和控制冷却,焊接后在板件上覆盖一层防火毯使冷却速度降低.

在有些时候,铝合金的焊缝的应力很大,会变脆,为防止这种情况,需要用锤对焊缝进行锤击,以消除内应力增加焊缝的强度.

D、容易产生气孔。

焊接接头中的气孔是铝合金焊接时易产生的另一个常见缺陷，氢是熔焊时产生气孔的主要原因。

铝合金的液体熔池很容易吸收气体，高温下溶入大量的气体，在焊后冷却凝固的过程中来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。

焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是焊缝气体中氢的主要来源，因此焊接前必须严格清理，并且合理选择焊接工艺防止气孔的产生。

E、无色泽变化。

铝在加热时颜色不会发生变化,加热时要使用温度指示,以防止铝材受到过高的温度,产生变形.为防止变形,必须要避免过热,在焊接长焊缝时,应采用分段焊接防止过热.在车身中铝合金的焊接中,不采用电阻点焊操作，铝的电阻大约是铁的1/5,在使用电阻点焊时为了能够达到合适的电阻热,焊接电流要达到30000安培,一般情况下这么高的电流很难达到.,它需要很高的能量输出。

在生产和修理中用铆接来替代，一般情况下在修理中用铝惰性气体保护焊设备来焊接.

四.车身外部铝板修复

在车身维修外部板件的修复时遇到越来越多的用铝合金制造的板件,维修工在修理此类板件时也要改变他们的维修方法.虽然完成铝板的修理不是很复杂,主要是修复铝板的方法和钢板有所不同.

在修理铝板操作时有以下注意事项:

在施加到铝板的力（敲击）必须轻柔,防止严重的变形甚至断裂（裂纹）.

在操作中,不要用钣金锤或垫铁直接反复在同一区域敲击,避免引起铝板拉伸

操作工具必须要求平整,特别是锤或垫铁工作表面,以防止在敲击中在铝表面留下深的伤痕.加热可以用来增加铝的延展性,但必须要进行可控制的加热,必要时要使用温度指

示装置.

局部区域的外形修复必须使用特殊的程序和设备,不能使用钢板外形修复常用的焊钉和垫圈及设备.

在进行热收缩时,铜触头在使用时要比碳棒好些.在进行外形修复铝焊钉焊接时清洁工作非常重要,必须要去除铝板表面的氧化铝层.

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