輕量化引發的思考-未來汽車還要焊接嗎
- 2017-11-09 09:18:00
- 孫輝 原創
- 8220
據統計，白車身中的焊點數目高達4000~6000個之多，將各沖壓件裝配到一起的同時，還會額外增加車身重量。在現代車身輕量化趨勢之下，關于焊接工藝的控制手段層出不窮。比如說采用仿真分析，對焊接點進行優化分析，在滿足車身強度的同時，減少焊接點的數目；采用增重少的焊接工藝取代增重多的焊接工藝，比如說激光焊接工藝，以連續的激光焊縫代替離散的點焊縫，可以減少搭接寬度和一些加強部件，壓縮車身結構件本身的體積。
但是，以上只是在對現有的焊接工藝進行改進，真正顛覆性的改變還未到來。
近年來由于燃油危機以及環境污染等問題，車身輕量化受到越來越多的關注。特別是新能源汽車，與傳統汽車不同，采用了電池作為動力來驅動汽車運行，因此受到了電池重量、續航里程的制約，在車輛設計和材料應用上，車身輕量化是車企首要考慮的問題。基于此原因，各大汽車公司紛紛推出應對策略，希望尋求新的車身材料，達到減輕車重的目的，其中碳纖維和鋁合金是討論最多的材料。
我們先來看以下案例：
2015年02月13號，福特汽車公司宣布，將與美國陶氏化學合作，研究制造創新性碳纖維復合材料，在未來的產品上用使用；
日本東麗工業與戴勒姆分別持股50.1%、49.9%成立合資公司，于2012年起生產碳纖維加固塑料制成的汽車零部件；
通用汽車公司和日本的碳纖維制造商帝人公司于2011年12月8日宣布，他們將共同開發先進碳纖維/熱塑性復合材料技術；
鋁軋制品巨頭諾貝麗斯(NovelisInc.)在全球大幅擴張汽車用鋁板的產能，該企業在北美、歐洲業務拓展的基礎上，于2014年底建成了亞洲第一條汽車專用鋁板生產線(常州)；
美國市場研究機構Ducker的一份報告稱，盡管目前僅有1%的汽車為全鋁車身，到2025年全球將有18%的汽車為全鋁車身。
那么，隨著新材料的興起，傳統的焊接工藝是否會受到影響呢？
答案是肯定的，比如說鋁合金就因其易氧化、熱導率和比熱容高、線膨脹系數大、合金元素易揮發等缺點，對傳統的焊接工藝就產生了極大的挑戰。
近年來，在一些高端車型中出現了一種新的膠接技術，與傳統的輔助焊接手段不同，旨在以鉚接和膠接技術相結合或僅采用膠接技術，來大量減少或全面取代焊接工藝。比如說捷豹T-TYPE，全鋁車身結構完全采用鉚接和焊接。F-TYPE的白車身重量僅為261Kg，而一般車身重量則有300Kg左右，減重了近40Kg。
由于鋁合金材料是金屬材料，在強度、塑性、重量上受到限制，采用完全膠接的方式還是比較難以實現的，現使用這種手段的車型僅有捷豹T-TYPE、路特斯Elise等車型。但是作為“可塑性”以及強度更高的碳纖維材料，這方面的難度就減小了很多。比如說配備碳纖維車身的寶馬i系列電動車，車身的粘合是通過長達160米的膠水來完成的。
2005~2014這十年間，寶馬集團從寶馬M家族車型開始逐步加大碳纖維復合材料的應用，積累了豐富的研發和生產經驗。而寶馬i產品的車身則是完全由碳纖維打造，用編織、成型、粘接工藝取代了傳統金屬車身的沖壓、焊接工藝。
如果說鋁合金技術是現在，那么碳纖維技術很有可能就是未來。現在碳纖維技術存在成本高、可修復性難等問題，但這并不是不能解決。在各大車企的共同努力下，成本問題得到了一定的改善。比如說國產車型奕代T300，就配備了碳纖維單體殼車身，售價僅為12萬元。
又或者是陶氏汽車系統在碳纖維粘接解決方案上的創新成果——BETAFORCETM復合材料結構膠注射粘接技術。該技術是通過調整開放時間和周期時間等參數，在不影響機械性能的條件下按照客戶的特殊生產要求進行定制結構膠，幫助客戶提高其裝配效率。應用注射粘接技術，碳纖維部件得以更廣泛地應用于多種材料的裝配，有效支持汽車制造商的輕量化策略。該技術現已成功應用于寶馬集團最新推出的寶馬7系中(2016款)。
以上，車身輕量化是大趨勢，在這種趨勢下引發的對各種新材料、新工藝的研究層出不窮，傳統的白車身焊接工藝必將受到車身輕量化潮流的影響，或許真有某一天，連普通民用車的白車身都不會采用。
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