汽车制造中的连接技术

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1. 铝合金点焊

焊接接头形式，如图1 所示。

铝合金熔点低、热膨胀率及导电率高，表面易氧化，铝点焊需大电流、短时间、多脉冲、大电极压力，对焊机、变压器及焊枪的供电要求高，大电极压力需要焊枪结构坚固可靠[1]。

因此，铝合金点焊设备费用很高，国内汽车制造厂应用较少。

通用汽车在量产车型中应用，由于焊钳体积较大，无法手持，需要机器人自动化实现。

图2 所示为铝合金点焊焊钳。

图1 铝合金电焊接头形式图2 铝合金点焊焊钳

2. 铝弧焊（MIG）

焊接接头形式，如图3 所示。

铝熔点低，550～660 ℃，热膨胀系数是钢的2 倍，导热性是钢的4 倍，因此，焊接变形及焊接应力增加，需要采用低热输入量焊接工艺（如CMT 技术）。

由于铝合金吸热后极容易热应力集中，造成板件开裂。

目前主要采用2 种方式减少MIG 焊时所产生的热量，即机械截断式和电源截断式，通过引弧-熄弧-再引弧的重复方式减小热量的输入。

图3 MIG接头形式

目前，MIG 在车身上应用比较广泛，如全铝前防撞梁、吸能盒等碰撞安全关键零部件；另外，铝铸件与铝型材之间也可以通过MIG 进行连接，图4 所示为MIG 产品。

图4 MIG产品

3.自穿钉铆接（SPR ）

SPR （Self-piercing rivet ）属于冷连接技术，接头形式，如图5所示。

其独特的连接方式，使其可以有效克服铝合金、镁合金、钛合金等轻金属材料导电、导热性快，热容小，易氧化，难以采用传统的连接方法进行焊接的缺点。

与传统电焊相比，自冲铆接的强度能增加30%。

图6 所示为SPR 连接工作原理图。

图6 SPR 工作原理图

图5 SPR

接头形式

SPR 工艺优点：

1）不仅适于同种材料之间的连接，而且能够实现铝/镁、铝/钢、镁/钢、铝合金/镁合金/高强度钢等金属材料和高分子材料/复合

材料的同质和异质材料的双层及多层连接；

2）铆接过程能耗低，无热效应，不会破坏涂层。

SPR 工艺缺点：

1）不同材质、厚度及硬度的接头组合需要不同的铆钉、冲头及

冲模，铆钉成本较贵；

2）设备系统成本远高于电阻点焊，铆接点的平面凸起2～3 mm，2 层板连接后再与第3 层板连接时，对进枪的方向有限制；

3）只能使用C 型铆接枪，如图7 所示，连接点处的双侧需要预留进枪空间（无法应用于封闭型腔）。

图7 C型SPR铆枪

目前，SPR 已广泛应用于奥迪、宝马、捷豹、沃尔沃、通用、福特和菲亚特克莱斯勒等公司铝合金车身的制造，接头疲劳强度可达电阻点焊的2倍。

国内奇瑞捷豹路虎、凯迪拉克CT6 车身普遍采用的连接工艺就是SPR。

4.无铆钉自冲铆接（Clinching）

Clinching 属于压力连接的一种，利用板件本身的冷变形能力，对板件进行压力加工，使板件产生局部变形而将板件连接在一起的机械连接技术。

图8 所示为Clinching 接头形式。

图8 Clinching接头形式

Clinching 与SPR 工艺相比，优点：

1）它不需要额外的铆钉，在大规模生产制造中，压力连接的总成本要明显低于SPR 连接；

2）在连接形成过程中，板件的防锈镀层或漆层也随之一起塑性变形流动而无撕裂损伤，因此，不会对零件表面造成破坏，也不

会影响连接点处材料的抗腐蚀性及强度[2]。

缺点：目前其在车身结构上的应用主要局限于车门、发动机罩、行李箱盖、轮罩等强度要求相对较低的部件上，如图9 所示，其应用范围并不如SPR 广泛，主要原因在于其连接强度不如钢铝混合车身，而钢铝混合车身结构对连接点强度的要求更高。

图9 Clinching车身外覆盖件的应用

5 .热熔自攻螺钉（FDS）

FDS 接头形式，如图10所示。

FDS 工艺通过螺钉的高速旋转软化待连接板，并在巨大的轴向压力下，挤压并旋入待连接板，最终在板材与螺钉之间形成螺纹连接，而中心孔处的母材则被挤出，并在下层板的底部形成一个环状套管。

图11 所示为FDS 工作原理图。

图10 FDS接头形式

如11 FDS工作示意图

FDS 工艺的优点有：

1）因为螺钉不需要变形，因此可以用来连接包括超高强钢、铝镁合金、复合材料在内的异种材料，如图12 所示；

2）单面进枪，可用于封闭型腔结构、壁厚或封闭腔体，无法使用SPR 或Clinching；

3）板件被加热，板件与螺钉接触好，连接强度大。

图12 FDS在封闭腔体复合材料的连接

FDS 工艺的缺点有：

1）设备系统成本远高于电阻点焊，铆钉成本高；

2）单面施力，连接时需要高强度刚性支撑；

3）操作时间长，约为5～8 s；

4）工艺完成后，材料正反面均有较大凸起，螺钉尺寸较长，如果大量使用会增加车身自重，同时过长的露出部分也会对车身的设计与制造产生影响；

5）因为下层要钻穿，接头的防腐能力会下降。

目前，FDS 作为单面进入多层板材连接技术中最常见的应用，设备主要由国外厂家提供。

6.压力穿刺铆(Rivet）

压力穿刺铆主要特点有：

1）辅料成本高，Rivet 比FDS 的价格要贵1 倍，因此设备压力远远大于FDS，造成设备成本较高，同时导致设备笨重；

2）噪声大，必须建设单独厂房，对生产厂房空间要求高；

3）连接时相对热变形小，板件匹配效果好；

4）无法拆卸，相对FDS 返修更加困难。

图13 示出压力穿刺铆钉。

压力穿刺铆工作原理，如图14 所示。

图13 压力穿刺铆钉