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汽车轻量化必须迎接的挑战铝焊接

2021年07月30日 宣威市机械设备网

汽车设计师和制造商的首要目标是找到提升燃油经济性的方法,这个任务如今变得越来越复杂。美国法规要求,所有汽车制造商都要在2025年前达到54.5mpg的CAFE(企业平均燃料经济性)标准。这一标准要求的巨大提升,在以前看来是不切实际,也不可能实现的,但现在却是汽车制造商必须达成的目标。

为了应对排放法规的要求并迎合消费者偏好,汽车制造商们开展了一个“技术海啸”(Technical Tsunami)运动——变革的大潮催生了许多新技术和新材料的应用,如金属铝、金属镁、碳纤维、先进高强度钢,以及先进的车辆电子装置的广泛采用。许多新材料和新技术在汽车中的应用,都需要进行专门的维修培训与之配合。仅在2015年,汽车制造商就推出了142款新车型,其中包括全新设计的,也包括现有车型的升级改造版。

举个例子,与以往的车型相比,2015款福特F-150车型大量使用了铝材料,实现减重318kg(700lb)。福特的F-150是享誉全美的畅销车型之一,其使用材料的重大调整引起了汽车行业的广泛重视。

现在,汽车架构中采用的铝制材料越来越多,领先的汽车厂商也认识到,为了保证汽车在使用大量铝材料后的安全性,需要可靠的制造工艺,此外还必须审慎考虑汽车维修维护方面的问题。在这当中需要重点考虑铝焊接的问题,铝焊接本身并不比钢焊接难多少,但需要在许多方面采取不同的做法。

建立操作区

汽车制造商建议的最佳做法之一是,将铝制车辆维修区与钢材料焊接区分开。原因是空气中的钢材料微粒会污染铝材料,如果长时间接触水,也可能会导致腐蚀。

铝焊接的工艺和设备

技术人员普遍采用MAG(金属活性气体)焊接法对钢制车身进行维修,这需要使用一种由75%的氩气和25%的二氧化碳混合而成的保护气体,即“C-25”混合气体。

钢焊接采用MAG保护气体,而铝焊接采用的是MIG气体,这要求技术人员掌握一些新技术。

与此不同的是,铝材料需要使用MIG(金属惰性气体)焊接法,保护气体100%为氩气,使用氩气是因为这种气体有助于焊接金属表面的净化。当焊接表面接触到空气时,铝材料会立刻形成一层较薄的氧化铝。氧化铝的熔点是2050°C(3725°F),远高于金属铝熔点650°C(1200°F),因此必须将氧化铝清理干净,否则焊接就只能透过氧化铝涂层进行,这会使得焊接效果大打折扣。

采用MIG气体进行铝焊接,比如搭接焊中的这个填角焊缝,应始终在与车身焊接之前进行外观查验和破坏性检查。

技术人员应使用铝材料专用的焊接导电嘴,中间的焊丝通道也应更大,专用焊枪上应刻有“A”或“AL”的字样。此外,铝焊接所使用的保护气体喷孔也必须大于钢焊接,以便供应更大的保护气流。

为了避免钢材料颗粒污染金属铝表面,铝和钢材料加工也会使用不同的手动工具。铝材料应配有专门的切割工具和研磨工具,以避免与钢材料发生交叉污染。

准备工作

在开始焊接铝之前,技术人员需要清除所有的表面涂层,之后再用特殊溶剂擦拭干净,目的是清除所有的表面污染物。技术人员需要用砂纸或不锈钢刷子清除焊接区域的氧化铝,在即将开始焊接操作前还需再次进行清理。

焊接技巧

铝焊接的技巧与钢焊接不同,技术人员应该用“推”的方式进行铝焊接,而不是“拉”的方式。这种方法可以增强保护气体的应用效果,有助于更好地将氧化铝清除干净。

此外,在铝焊接中,焊丝需要与焊炬保持较远距离,而焊炬需要离焊接表面更远。需注意的是,技术人员应使用汽车厂商推荐的焊丝。

铝焊接通常比钢焊接需要更大的电流,并且焊接中的金属过渡形式也有所不同。钢焊接通常使用短路过渡法,当焊丝接触到钢时,会发生短路和爆断。而在铝焊接中,最好的方法是脉冲喷射过渡,在焊珠喷进熔池之前就会爆断。

通常建议使用MIG脉冲喷射过渡焊接设备进行铝焊接操作

钢焊接时,焊炬的热量通常会集中在一个区域,而铝材料会将热量传递到整个部件。因为铝的热传递效率更高且熔点更低,因此焊接动作应该先慢后快,而焊炬在部件上移动时,速度应该更快。

为了避免铝焊接开始时温度过低,技术人员需要使用引弧板(run-on tab),或具有预热功能的设备。在焊接收尾时,在金属铝表面往往会形成弧坑,因此技术人员需要在收弧时通过额外动作将弧坑引至焊件外,或者使用引弧板将其引出。

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