需求描述:【研究背景/问题】
新能源车身轻量化是提升汽车产品竞争力的重要途径,而轻量化的核心手段是选用铝合
金、镁合金等轻质材料,同时使用轻量化的连接技术;目前轻量化车身以钢铝混合材料为主,
连接技术主要是采用 SPR、FDS 等,而这种机械连接在接头处额外增加了连接件,从而增加
了车身重量,不利于轻量化车身的制造要求。
实现钢、铝激光熔焊接技术的突破,代替增材制造方式的机械连接,对车身轻量化有重
要意义。
钢、铝激光熔焊需要解决的问题:
1. 铝、钢材料熔点、密度、物理、化学特性差异大,焊接后两种金属难以形成稳定的
组织,力学性能难以达到要求,需要优化焊接方法,提升焊接强度。
2. 由于铝和钢铁的电极电势差较大,焊缝易产生电化学腐蚀,在车辆使用过程中会影
响车身结构强度和安全,需要解决焊缝腐蚀防护问题;
3. 车身制造过程中,影响焊接质量的因子复杂,激光参数变化、焊接夹紧力变化等均
会导致焊接质量波动。为保证焊接过程质量一致性,需要对焊接过程实时监控,保
证质量 100%合格,需开发适用于激光焊接过程的监控方法。
潜在应用场景:
侧围外板铝与侧围内板钢、侧围外板钢与顶盖铝、流水槽等。
【研究目标】
联合高校资源,对此课题进行深度技术探索研究,使用单模激光器控制激光热输入量,
采用无预制涂层的工艺方案进行焊接测试,从焊缝成份的角度分析焊接热输入边界条件,探
索合理的焊接参数,并制定焊缝质量评定的理论标准。
25解决焊缝位置易形成脆性相、力学性能难以达到要求的问题,得到满足设计要求的焊缝
(焊缝强度≥110Mpa),同时解决焊缝防腐及生产节拍的问题,实现试验室研究成果工业化,
产生企业经济效益,代替目前的铝、钢机械连接技术,促进车身轻量化,简化制造工艺,给
产品设计提供更广阔的思路,增加产品竞争力。
【项目产出】
1. 焊缝强度分析:钢、铝连接静态张力大于 1KN/焊点(焊点直径≤4mm);钢、铝
连接动态负载强度:冲击 50g 10mS 冲击次数≥100 次不发生蠕变、断裂;需求分
析焊缝熔合区、分析热影响区成份、分析金相组织分布状态,评价钢、铝焊缝无掺
杂熔接工艺的可行性,保证焊缝 100%质量合格。
2. 焊缝工艺分析:采用分段焊接工艺,要求每道焊缝节拍 0.3s;影响焊接节拍的主要
原因:焊接过程需要对每条焊缝进行焦距测量,耗时较长,需研究解决:1、分析提
高焦距控制的方法,在保证焊接质量的前提下,提升焊接节拍;2、测试提供兼容性
更大的焦距平面工艺窗口范围,减少测距次数。
3. 焊缝质量监控:焊缝熔深的范围为:0.25mm~0.45mm;制定有效的质量监控方案,
实现焊接过程功率、熔深、熔宽的实时监控;需要探索的钢铝焊接接头形式:搭接
接头,铝上钢下,搭接组合方式:AL0.6mm/钢 0.6mm、AL0.8mm/钢 0.6mm、
AL1.0mm/钢 0.6mm、AL1.0 mm/钢 0.8mm、;AL1.2mm/钢 0.6mm、AL1.2mm/
钢 0.8mm 等。
4. 焊缝防护分析:钢/铝焊缝在焊接后抗电化学腐蚀能力弱,抗腐蚀能力要求:中性盐
雾实验≥96h,焊缝表面腐蚀深度≤0.3mm;腐蚀后焊缝密封性能满足 IP68 防水
等级要求;需要找到有效的焊缝防护措施,希望建立焊缝分析的理化模型,并提供
焊缝防护的具体方案,提高焊缝抗腐蚀能力。
26【交付指标】
工艺参数:每组搭接组合,测试出满足质量要求的激光熔焊参数窗口值;
金相分析:每种搭接组合焊缝区域的金属间化合物成分含量分布,分析金属间化合
物含量对焊接质量的影响;
提供有效实时焊缝质量监控方案;
提供有效的焊缝防腐蚀保护措施;
双方共同发表国际顶级期刊/会议论文至少 1 篇,并合作申请专利至少 1 件。