基于車身輕量化連接技術的發(fā)展，本文重點介紹鋁點焊工藝規(guī)劃、質量評價及優(yōu)化。其中， 工藝規(guī)劃主要包含焊槍選擇、電極帽選擇和工裝要求等。質量評價及優(yōu)化包含鋁點焊檢測標準 及幾種常見質量缺陷處理方法。

基于輕量化的訴求，蔚來 ES8 車身鋁材的使 用率高達 95% 以上，這是..量產的全鋁車身中 ..比例的鋁材應用量。同時為了..車身強度剛 性，ES8 車身綜合使用了 3 系、5 系、6 系和 7 系 鋁材成分的板材、擠出型材、高精密壓鑄件以及碳 纖維復合材料，針對車身不同部位的強度和外觀要 求，突破傳統(tǒng)鋼車身單一材料的焊接工藝，實現(xiàn)了 異性異種材料的連接。ES8 車身的連接工藝以結構 膠粘接為核心，以 SPR 自沖鉚接和 FDS 熱熔直鉆 兩種冷連接為主，輔助以鋁點焊、激光焊和 CMT 等熱連接工藝。 

鋁點焊工藝規(guī)劃

1. 鋁點焊概念及特點 

鋁點焊是電阻焊的一種，利用電流通過焊件及 附近區(qū)域產生的電阻熱作為熱源將工件局部加熱， 同時加壓使工件形成金屬結合的一種方法。由于鋁 合金材料有導熱性好、導電率高、易與銅發(fā)生合金 反應等特點，電阻點焊在鋁合金材料結構件的連接 中遇到能耗大、電極易失效、點焊質量不穩(wěn)定等困 難。鋼鋁性能對比見表 1。 

鑒于鋁合金與碳鋼性能的差異，鋁點焊的主要 特點如下：①鋁材的電阻率是鋼材的 1/3，焊接相 同厚度的鋁材需要 3 ～ 5 倍的電流，鋁合金分流 損失比鋼材分流嚴重；②鋁合金具有高導熱性（是 鋼材的 4 ～ 5 倍），焊接過程中熱損失率較高，鋁 材焊接需要大電流和短時間；③鋁合金焊核形成溫 度范圍窄，鋁點焊需要短焊接時間和快速的電流上 升時間；④鋁合金熱膨脹系數(shù)高，在脆性溫度區(qū)間 內易產生熱裂紋，鋁點焊需要大的焊接壓力和大的 平面電極來控制焊接變形；⑤鋁合金易氧化及合金 化，氧化層焊接過程中易產生焊點氣孔、泡群缺陷， 鋁點焊中鋁、銅易生成合金，電極帽腐蝕快，需要 頻繁修磨，保持電極清潔，..點焊質量；⑥連接 強度相對低，常與結構膠配合使用；⑦不能連接異 種材料，尤其是鋼和鋁；⑧無法做類似鋼點焊的鑿 檢，目視檢查為主。根據(jù)鋁點焊的特點，其主要適 合薄板連接，適合有安裝匹配需求的零部件，如前 后風窗等有外觀要求的零部件等。 

2. 鋁點焊設計要求 

鋁點焊技術與傳統(tǒng)的連接技術相比，在產品設計 階段對產品結構設計有著特殊的設計要求。首先必須 都是鋁材與鋁材的連接；其次，產品設計結構需要滿 足鋁點焊的加工空間要求，有足夠的翻邊和空間點焊 焊槍進入；再次，搭接總板厚小于 8 mm，大于 8 mm 容易焊核偏小或虛焊；..，搭接邊寬度≥ 22 mm， ..小 18 mm，板厚比≤ 2.5，否則容易發(fā)生焊核偏移。因此，做好產品前期的設計檢查尤為重要。 

3. 鋁點焊工藝規(guī)劃 

為了..鋁點焊的焊接質量，需要重點關注設 備選型及工裝規(guī)劃工作。具體到設備選型主要包含焊機選擇、焊槍選擇、電極帽的 選擇以及修模器的選擇等。工裝 規(guī)劃主要關注工裝的防磁設計。 

鋁點焊需要采用大電流大功 率中頻變壓器焊機，可以均衡并 改善正負極磨損情況，延長電極 壽命并避免焊核偏移。參數(shù)設置 由三部分組成，預熱 + 焊接 + 多 脈沖焊接。..部分預熱主要是 去除鋁材表面雜質油污，..板 材接觸良好，為電流上升作基礎， 電流較小。第二部分焊接要擊穿 鋁材表面的氧化層，電流較大。第三部分多脈沖焊接要求電流更 大，形成完整的焊點焊核。 

焊槍的選擇應考慮可達性和 可焊性，對于雙面點焊關系到焊 鉗能否進入零部件。零部件與運 動中的焊鉗的距離單邊≥ 5 mm。在滿足可達性的同時要考慮可焊 性，優(yōu)先選擇 C 形焊槍。由于鋁 點焊焊接壓力大（圖 1），鋁焊 槍撓度要求比鋼焊槍撓度高，對 中性誤差小于 0.5 mm。焊槍壓 力選擇與搭接組合相關，板厚越 厚電機越大，大的焊接壓力需要 加強焊槍結構，或使用鈹銅電極 桿，大電流及大的電磁場力，槍 體絕緣要求高。 

鋁點焊電極帽的選擇，鋁電 阻點焊用銅電極的形狀和尺寸與 傳統(tǒng)點焊不同。鋁點焊需要使用 大端面電極帽，通用的環(huán)形電極 帽是目前較有效的設計，適用于 薄板、擠壓和鑄造鋁。由于多環(huán) 圓頂電極頭破壞了鋁表面的氧化 物，因此能夠進行更強的焊接。鋁合金導熱系數(shù)高，傳熱快，焊 接時存在很大的軟化區(qū)域，大直 徑的焊接電極帽可以覆蓋鋁合金 焊核及其軟化區(qū)域，從而減少熱 裂紋和飛濺產生。實驗對比來看，小直徑球頭電極帽焊接產生的裂 紋數(shù)量多于大直徑平頭電極帽， 產生的裂紋長度也更長。 

鋁及鋁合金電阻點焊的主要 問題是電極壽命短。電極帽表面 的快速氧化是焊接過程中高壓、 高溫和特別合金化的結果。所以 電極帽材質的選擇也至關重要。常用的電極帽種類中，鉻鋯銅制 造成本低，通用性好，但高溫條 件下易軟化，造成焊接粘連。氧 化鋁銅強度高，軟化溫度高，高 溫焊接性能好，不易粘連。 

鋁點焊電流大，焊接時產 生強磁場，導致焊槍及夾具定位 不穩(wěn)定（圖 2）；產生的渦流導 致夾具發(fā)熱，同時損耗焊槍功 率。工裝規(guī)劃要求定位銷、壓緊 塊、定位塊均采用無磁模具鋼， 連接板采用不銹鋼，L 座采用鑄 鋁，傳感器要防磁等。鋁點焊磁 力受力大小與電流成正比，與距 離成反比，根據(jù)實際測定，距離 超過 80 mm 后，受力減小，對 工裝影響不明顯，因此要求槍體 80 mm 范圍內采用無磁材料。

鋁點焊質量評價及優(yōu)化 

1. 鋁點焊質量評價標準 

焊點質量通過三種方式來描 述：物理或者幾何特征、強度或 性能及焊接時的工藝特性。幾何 特性包含焊核尺寸、熔透、壓痕、 裂紋、孔洞、板件間隙和表面狀 況等。焊接性能包含拉伸—剪 切強度、拉伸強度、剝離強度、 疲勞強度、沖擊強度及抗腐蝕 性等。工藝特點包含飛濺、焊 接一致性等。鋁點焊質量評價主 要分為目視檢測、超聲波檢測、 金相實驗和剝離檢測，其中目視 檢測主要包含焊點數(shù)量、焊點變 形和焊點裂紋等。 

目視檢測基本要求如下： 

（1）焊點數(shù)量：①漏焊點，通過目視檢查如實際焊點數(shù)量小 于設計要求數(shù)量則為漏焊；②多焊點，通過目視檢查如實際焊點 數(shù)量大于設計要求數(shù)量則為多焊 點；③位置偏差，通過目視檢查 如實際焊點位置超過設計位置的10 mm則為位置偏差；④邊緣焊， 通過目視檢查發(fā)現(xiàn)實際焊點位置 靠近鈑金邊緣，肉眼可見的鈑金 邊緣變形、凸出。 

（2）焊點變形扭曲：目視檢查焊點表面明顯不平整，若扭曲 超過法向平面 15 °以上，則焊 點被定義為扭曲，需調整焊接過 程減小或消除扭曲。 

（3）焊點裂紋：目視檢查焊 點表面及焊點周邊母材位置存在 可見裂紋（圖 3），需調整焊接 過程消除裂紋。 

（4）表面氣孔及焊穿：未借 助放大設備可見的焊穿和表面氣 孔均是不允許的（圖 4）。 

超聲波檢測是由檢查員使 用超聲波無損探傷設備對焊點進 行無損檢測，根據(jù)設備顯示的焊 核尺寸與標準焊核直徑進行對 比，..終由檢查員對焊點質量進 行綜合評判。..薄板厚與..小 焊核尺寸要求見表 2。兩層板焊 接，GMT 是..薄板厚。三層板 焊接有兩個..小焊接尺寸要求取 決于搭接面的 GMT。GMT1 是 板 1 和 2 的..小厚度值，GMT2 是板 2 和 3 的..小厚度值。GMT 用于確定上表..小要求焊接尺寸。.. 小 焊 核 尺 寸 要 求 遵 循 Dmin=4 √ TGMT。對鋁車身結 構連接強度起關鍵作用的是結構 膠。為獲得更大覆蓋率的結構膠， 要求在所有連接點處均帶結構膠， 對于如 SPR/FDS 等冷連接工藝， 結構膠對其連接工藝過程及連接 質量的影響相對較小，而結構膠 與點焊結合，因結構膠是不導電 的，對于帶膠點焊是非常困難的， 尤其是在低溫條件下。 

通過優(yōu)化結構膠的..，改 善結構膠的彈性模量，既..結 構膠在 2 mm 大厚度下，膠烘烤 后的連接強度依然可達 15 MPa 以上，同時該膠施工后在空氣 中暴露 24 h，仍不會降低膠的 連接強度。通過設計結構膠的 ..，改善了膠的流動性，保 證 在 低 溫 條 件（15 ℃ 以 下 ）、 3 mm+3 mm 厚板的帶膠鋁點焊 仍能可靠焊接。 

2. 鋁點焊質量優(yōu)化方案

鋁點焊常見的焊接缺陷有虛 焊、焊核小、焊點騎邊、焊點扭曲、 氣孔、撕裂、裂紋及飛濺等。針 對不同的焊接缺陷，對應的解決 措施也不同。虛焊、焊核小主要原因有結構膠延展性、工裝 絕緣保護及焊接參數(shù)設置影響。焊接飛濺產生的影響因 素主要有焊接參數(shù)設置、板件搭 接狀態(tài)及結構膠排除情況等。焊 點扭曲、壓痕深主要產生原因為 焊接姿態(tài)、板件搭接狀態(tài)及電極 修模情況?？梢娪绊戜X點焊焊接 質量的主要因素為結構膠的延展 性、流動性，焊接參數(shù)設置的合 理性、板件搭接狀態(tài)及工裝的絕 緣保護等。 

針對結構膠的延展性改善措 施：通過調整結構膠成分，加熱 結構膠和零部件，增加結構膠的 流動性。在實驗條件下，兩層板 涂膠，在室溫 10 ℃以上無需加 熱，通過一定的壓力可以..可 焊接性。三層板單面涂膠，對其 中兩層板加熱到 45 ℃，可以保 證可焊接性。焊接時夾具與工裝 分流改善措施是..焊接區(qū)域貼 合，工裝進行絕緣保護。若焊接 參數(shù)設計不合理，則要通過試片 試驗及現(xiàn)場試驗合理調整焊接參 數(shù)。若板件搭接間隙大 , 則應提 高車身精度消除板件搭接間隙。