有铝就是钢铝一体化车身?先问问车身骨架答不答应 | 聚技

引言 | 好铝要用在车架上

期,车聚君和大家聊到了传统车身钢质骨架的轻量化问题,从汽车行业发展潮流来看,车身轻量化的大方向还是集中在新材料的应用上。但考虑到成本以及制造能力的限制,用新材料全部替代原有的钢材还是很奢侈的。

除去成本因素的考虑,新材料对传统车身制造技术也带来了极大挑战。这时,很多特殊的车身结构也应运而生,我们一般称它们为一体化车身结构。

比如钢铝一体化车身、钢塑一体化车身等,既减轻了车身重量,又保证了车身强度。其中,钢铝一体化车身目前是行业重点,也是此文的主角。

一、什么是钢铝一体化车身

钢铝一体化车身结构,是结合高性能轻质材料与车身结构优化思路的典型代表。简单来说,就是在原全钢车身骨架结构基础上,将某些钢质部件替换为铝合金或铝镁合金等材料。这种设计方式能够在保证原有钢质结构基本性能不变的情况下,实现较大程度的轻量化。

什么是车身骨架?

通常是指纵梁、横梁、支柱等主要承力元件,及与它们相连接的钣件共同组成的刚性空间结构,一般不包括四门两盖等覆盖件。现代轿车多采用承载式结构,车身骨架看上去不明显。

二、铝用在骨架上才是钢铝一体化车身

首先车聚君下一个赤裸裸的结论——只在外覆盖件等非骨架件上用铝只是初级的一体化车身,甚至可以说不是真正的钢铝一体化车身。

目前车企对于铝合金或铝镁合金等轻量化金属材料的应用,主要集中在发动机、内外发动机罩、车门、悬架连接杆件、散热器、挡泥板、轮毂、变速器壳体以及内饰件等部件上。

就钢铝一体化车身设计制造理念来看,在白车身骨架上使用铝材料才更符合该定义。以凯迪拉克CT6为例,前防撞梁、前纵梁、前轮拱以及底板处都采用了铝合金材料;类似的设计车型还有奥迪TT、宝马5系(钢制车身和铝制车首)等。

车聚君认为钢铝一体化车身是钢铝混合车身中的一种高阶形式,有些车企会宣传自己使用的是钢铝混合车身,但从实际铝合金材料的使用率以及使用部位来说却避开了车身骨架,未免有些名不副实。

三、钢铝一体化车身对连接技术的挑战

钢铝一体化是指在传统钢质骨架车身中,某些构件用铝合金材料来替代。但现实往往是残酷的,铝和钢在物理、化学性质及晶体结构上都有着很大的差异。

要知道车身制造是以焊接为主的,性能的差异直接导致了铝与钢的焊接能力较差。这里用常用的6061铝合金和Q235低碳钢为例,来看看这两种材料的性能差异在哪儿。

综合以上因素并结合实际制造经验,总结铝和钢焊接常见的问题有:

铝与钢的连接处容易形成脆性的金属间化合物,接头会出现严重的脆化现象。汽车经常处于振动的状态,脆化现象严重的焊接接头很容易产生断裂现象;

物理性能的差异容易引发较大的焊接应力。焊接应力就好比吹气球,一开始没多大问题,但随着气体累积,一旦气球中气体过量,气球支撑不住就会爆炸;

铝有较强的化学活性,其表面极易形成致密的氧化膜,而去除氧化层则需要高能量输入,这会使得钢铝晶间化合物厚度增加,影响焊接接头强度。此外,焊接过程中释放的高热量会使接头发生氧化,产生的夹杂物会破坏接头的连续性和整体性,而金属间化合物的非连续性对焊接接头强度的影响甚至会超过化合物厚度对焊接强度的影响。

铝合金虽然密度较钢小,但在强度上还是无法达到钢材的水平。由于延伸率较差,在钢铝连接点处容易产生裂纹。

通过以上分析不难发现,使钢和铝能达到良好的连接状态是钢铝一体化车身结构的研究难点。在车聚君看来,其难度不亚于铝铝连接。

四、铝和钢是怎样焊在一起的?

既然希望用铝替代钢,那么问题来了,性质差别如隔鸿沟的两种材料能够完好的结合在一起吗?大家莫方,且听车聚君一一道来。

车身连接技术通常涉及到焊接、粘接、机械连接,而这三种连接中,焊接手段对材料的相容性要求较高。

由于现有的粘接技术、粘接接头的机械强度有限,只能应用在接头要求较低的部位,而机械连接(比如自冲铆钉连接SPR、旋转钻铆FDS)气密性差、不能使用在表面质量要求高的区域。鉴于钢铝连接尚处在起步阶段,焊接依然是钢铝连接的主要手段。

下表是常见的焊接手段以及其特点:

车聚小结:

虽然厂家都在宣传铝合金的使用,但真正敢于克服技术难点的却没有大家想象中的多。如今大家都在唱衰全钢车身期待全铝时代到来,在车聚君看来,这两种产品都还将维持相当长一段时间。从全钢到全铝,钢铝一体化必将是其中一个重要的过渡阶段。

此外,由于钢和铝之间电极点位相差较大,两者混合连接时容易发生电化学腐蚀现象,要是大家有兴趣,以后车聚君再聊现有防电化学腐蚀技术手段都有哪些。有业内同好,欢迎在评论里留言指教。

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作者:元西北

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文章标签: 车身制造  车身强度  钢铝一体化车身  

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