铝车身连接工艺介绍、铝连接技术介绍 (1).pptx
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铝车身连接工艺介绍、铝连接技术介绍 (1).pptx
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铝车身连接工艺介绍,桥头书铺,铝的简介,铝车身的连接方法,1,2,3,铝的简介,铝的发现:
帕拉塞斯是16世纪德国小有名气的医生。
“明矾里面应该有一种很贵重的金属。
”帕拉塞斯经过多次实验,得出这样的结论。
由于当时科学条件所限,他没能分离出这种金属。
铝的正式命名:
1807年,英国大科学家戴维通过研究,用电解法分离矾土中的未知金属。
矾土的熔点高达2000度,电解法根本达不到,戴维的实验失败了。
不过戴维正式对铝进行了命名“aluminum”。
清末科学家徐寿引入西方化学时,便首造“铝”字来指代aluminum。
铝的量产历程:
1827年,德国化学家弗里德里克维勒通过金属钾与无水氯化铝进行化学反应,得到含铂等元素的金属铝粉末。
1854年,法国科学家亨利德维尔用金属钠与无水氯化铝一起反应,终于制得纯度较高的小铝球。
次年全世界的铝产量达到500千克,产地集中在法国。
1886年2月的一天,正在德国柏林大学求学的美国学生马丁豪尔把铁矾土融进冰晶石里,并进行电解实验。
他加了少量的氯化钙,最终制得纯度达98%以上的铝。
4,铝的简介,铝的应用:
铝为银白色轻金属,有延展性。
在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。
以其轻、良好的导电和导热性能、高反射性和耐氧化而被广泛使用。
5,铝的简介,铝的分类:
根据铝的成分可分三类:
高级纯铝:
99.9399.999工业高纯铝:
99.8599.9工业纯铝:
9899.7变形铝合金强度较高、比强度大且适宜于塑性成形的铝合金。
变形铝合金又分为:
(1)、工业纯铝
(2)、热处理不可强化的铝合金(3)、热处理可强化的铝合金铸造铝合金适于熔融状态下充填铸型获得一定形状和尺寸铸件毛坯的铝合金。
铸造铝合金分为:
(1)、铝硅系合金
(2)、铝铜合金(3)、铝镁合金(4)、铝锌系合金铝合金材料牌号举例5052H34,H34表示加工硬化,1/2硬状态。
7003T5/T6,T5表示时效处理,T6表示固熔处理。
铝的发展前景:
铝及铝合金是当前用途广泛的、最经济适用的材料之一。
世界铝产量从1956年开始超过铜产量一直居有色金属之首。
当前铝的产量和用量(按吨计算)仅次于钢材,成为人类应用的第二大金属;而且铝的资源十分丰富,据初步计算,铝的矿藏储存量约占地壳构成物质的8%以上。
铝的重量轻和耐腐蚀,是其性能的两大突出特点。
如汽车制造商目前正在探讨采用铝合金大面积代替钢材,进而使汽车重量更轻,燃油经济性也大幅度提高,车辆整体操控性能也更强。
飞机机身铝的应用在70%以上。
而随着技术进步,铝合金产品不仅在航天航空、交通运输、电子电力、建筑等传统应用领域仍将快速增长,在新的领域也会快速增长。
近日,来自美国犹他州立大学和俄罗斯南联邦大学的科学家更是设计出密度非常小的结晶铝材料。
据报道,此材料密度只有0.61g/cm3,甚至能漂浮在水面上。
可以想象,从金属“贵族”沦落为“平民”的金属铝,未来将为会人类做出更多、更大的贡献!
6,铝的简介,铝的简介,铝车身的连接方法,1,2,8,铝车身的连接方法,铝合金在车身上的应用,9,铝车身的连接方法,铝合金车身连接方法应用图,10,铝车身的连接方法连接工艺,Ps:
铆接的连接方法及设备有很多样式,本课件只针对汽车行业内常用工艺及设备进行讲解。
11,铝车身的连接方法连接工艺,12,铝车身的连接方法
(1)SPR,13,铝车身的连接方法
(1)SPR,1.自穿铆接SPR形式:
自穿铆接SPR过程示意图,铆钉,板材A,被刺穿,板材B,部分刺穿,SPR剖切图,铆钉,现场状态,14,铝车身的连接方法
(1)SPR,2.铆接SPR设备:
SPR自动化生产线,15,铝车身的连接方法
(1)SPR,3.铆枪对板件要求:
1.接头不能含脆性材料(如玻璃、脆性塑料等)2.底层材料可以是钢板或者铝板,如果是铝型材或者铸铝其延伸率必须大于12%。
3.不同材质的铆接原则:
薄板铆向厚板,硬材质铆向软材质,底层板材的厚度必须大于铆点总厚度的1/3。
4.板材硬度:
不大于14MPAUHSS,16,铝车身的连接方法
(1)SPR,4.SPR特点:
优点:
1、可铆接多层铝板,板材总厚度:
1.5mm16mm,底层板材延展率:
大于12%。
2、自冲铆接点的静态强度、疲劳寿命均高于等厚板材点焊强度;3、可实现多种材料连接;4、能耗低、节能能环保,无火花碎屑等。
5、铆接时间短(2S);6、工艺质量可以过程监控。
缺点:
1、每一个连接点需要消耗一颗铆钉(增加车身重量);2、铆钉需要单独成本;3、设备成本远高于点焊设备;4、铆接处需要保留双侧进枪空间。
5、铆接点突出2-3mm,有局限性。
6、只能用C型枪;7、SPR属于亨罗布专有产品,钉、模组合:
2000/1500;针对不同材质、厚度、组合需要大量实物实验选择不同型号的钉/模组合以及压力参数。
17,铝车身的连接方法
(1)SPR,5.SPR应用实例:
6.SPR常见缺陷及返修方法:
18,铝车身的连接方法
(1)SPR,19,铝车身的连接方法
(2)流钻工艺FDS,20,铝车身的连接方法
(2)流钻工艺FDS,1.FDS工艺形式:
热熔自攻丝FDS过程示意,FDS剖切图(无预转孔连接),“流钻螺钉”工艺,(别称:
热熔自攻丝/热熔紧固系统),英文有两种翻译:
Flowdrillscrews(FDS)FlowFormscrews(FFS),21,铝车身的连接方法
(2)流钻工艺FDS,2.FDS设备:
FDS机器人系统,FDS工作示意,FDS设备,22,铝车身的连接方法
(2)流钻工艺FDS,3.FDS对板件的需求:
铆接处不能含脆性材料(如玻璃、脆性塑料)上层板材可以有引导孔或者没有引导孔没有引导孔时,不同材质铆接原则:
软材质铆向硬材质薄材质铆向厚材质,23,铝车身的连接方法
(2)流钻工艺FDS,4.FDS工艺特点:
优点:
1、可连接不同材质金属、非金属。
2、单面连接工艺,(尤其适用铝合金型材连接、异形区域)。
3、板件被加热,板件与螺钉接触好,连接强度大。
4.动态承载性好5、螺钉可拆卸,回收方便,可使用公制螺栓进行返修。
6、气密性水密性好7、工作环境清洁,无火花、碎屑,几乎无噪声。
缺点:
1、单面施力,连接点处需要高强度刚性支撑;2、工艺完成后铆钉正反面均有较大凸起保留,螺钉尖头会漏出钣件(5mm),若螺钉不是进入空腔,需考虑漏出钉尖的防护3、工作时间长,约为26S(部分设备优化可达到1.53S,取决于板材厚度)4、正面铆接方向需要留出大的进枪空间5、铆钉成本和易损件成本(拧紧头、夹紧头、铜衬套约1万次)高。
6、设备成本高。
7、正面铆接方向需要留出大的进枪空间8、增加车身重量(M5单个螺钉重45g),24,铝车身的连接方法
(2)流钻工艺FDS,5.FDS应用示例:
25,铝车身的连接方法
(2)流钻工艺FDS,FDS常见缺陷:
缺失/位置错误,螺栓断裂/破损,边距过小,未打到底/未贴合,FDS返修方法:
邻近位置FDS原位置用公制螺纹螺栓返修邻近位置拉铆,6.FDS常见缺陷及返修方法:
26,铝车身的连接方法(3)Clinch/TOX连接,27,铝车身的连接方法(3)Clinch/TOX连接,1.Clinch/TOX连接形式:
工艺过程,TOX铆接切面图,TOX连接工艺,实际就是一种冷冲压工艺,通过液压施加强大压力在两个钣件连接处压一个圆形凹坑,将两个钣件局部嵌在一起,28,铝车身的连接方法(3)Clinch/TOX连接,2.Clinch/TOX连接设备:
TOX铆接机器人系统,TOX铆枪,29,铝车身的连接方法(3)Clinch/TOX连接,3.Clinch/TOX对钣件要求:
连接点一般在平板搭接处,夹具设计及钣件设计需考虑TOX铆枪空间。
铆接处不能含脆性材料(如玻璃、脆性塑料)两层板连接薄板连接,30,铝车身的连接方法(3)Clinch/TOX连接,4.Clinch/TOX连接特点:
优点:
1、可不同板材连接2、无耗材3、对产品连接表面没有特殊要求4、不会损伤产品表面镀层5、几乎无噪音、无火花碎屑等污染;,缺点:
1、设备成本较高2、TOX连接强度较弱,车身上主要应用在门盖内外板连接,以及压铆部分螺母3、空间需求较大4、凹凸面明显,31,铝车身的连接方法(3)Clinch/TOX连接,常见缺陷:
返修方法:
1、二次冲压:
在不合格点附近增加一个连接点。
2、去除连接点,使用连接件:
通过冲孔、钻孔方式去除不合格点,使用抽芯拉铆连接。
(只有在不影响外观和功能条件下使用),5.Clinch/TOX连接常见缺陷及返修方法:
32,铝车身的连接方法,1、高温下的强度和塑性低(强度低)铝合金焊接接头的强度低于母材,即有软化现象。
焊点抗拉强度低,塑性不足,是铝合金应用的最大障碍。
2、易氧化(飞溅、焊核不良,气孔)铝合金表面有致密的、厚度约为0.1m的氧化膜,其熔点极高(约2050)、密度大(3.954.10kg/m3),属于难熔物质,焊接时会阻碍金属之间的良好结合,引起飞溅和影响焊核的形成。
且由于焊接时氧化膜吸附大量水分,容易产生气孔。
3、高的热导率和导电性(焊透性)铝合金具有较大的热导系数和比热容,比热容比钢大2倍,导热性约大三倍。
因此焊接时为保证良好融合,必须采用能量集中、功率大的热源,有时需采用预热等工艺措施。
经验表明:
相同焊接速度下,焊接铝合金的热输入量要比焊接钢材大23倍。
4、线膨胀系数大(焊接变形)铝的线膨胀系数比钢大2倍,因此,在拘束条件下焊接时易产生较大的焊接应力和变形。
铝板焊接性的特点:
33,铝车身的连接方法(4)CMT(铝弧焊),福尼斯CMT焊机焊接过程:
34,铝车身的连接方法(4)CMT(铝弧焊),1.冷金属过渡CMT焊接形式:
CMT:
ColdMeatalTransfer(冷金属过渡),福尼斯专利产品。
CMT过渡是电弧不停的燃烧、熄灭,每秒70多次的高频率,而电弧每重新引燃一次就修正一次电弧,保持电弧的稳定性。
的溶滴过渡是在电流几乎为零的情况下,通过焊丝的回抽把溶滴送进溶池,持续输入热量的时间非常短,从而给溶池一个冷却的过程。
所以在应用CMT技术的焊接过程中必须理解“冷”这个概念。
它相对于传统的MIGMAG焊接过程而言,电弧温度和熔滴温度确实比较“冷”。
普通MIG焊,CMT焊,35,铝车身的连接方法(4)CMT(铝弧焊),2.CMT焊接设备:
CMT控制电路,CMT机器人系统,送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调,当数字化的控制监测到一个短路信号,就会反馈给送丝机,送丝机作出回应,迅速回抽焊丝,从而使得焊丝与熔滴分离。
36,铝车身的连接方法(4)CMT(铝弧焊),3.CMT焊接对钣件要求:
CMT焊接方式同MIG焊(熔化极电弧焊),都属于弧焊。
CMT焊接过程电流控制更好,飞溅小,更容易焊接薄铝板,对钣件间装配间隙要求更低。
搭接,对接,法兰接,角接,接头类型,37,铝车身的连接方法(4)CMT(铝弧焊),4.CMT焊接较普通弧焊针对铝合金有以下优点:
1、飞溅少、搭桥能力好、焊缝均匀一致。
2、焊接速度快3、在薄板或超薄板的焊接,CMT技术输入量小能大幅减少变形、塌陷和烧穿缺陷(主要应用于车身较薄的铝板或支架焊接)。
4、CMT焊弧长控制更精确,电弧更稳定。
5、可以实现铝+钢焊接(铝侧熔化焊,钢侧钎焊)。
38,铝车身的连接方法(4)CMT(铝弧焊),5.CMT焊接实例:
39,铝车身的连接方法(5)普通铝点焊,铝点焊焊接形式及焊接原理与普通钢板点焊相同,只是焊接设备控制功能不同。
普通的镀锌钢板在点焊时热量主要集中在板材中部,普通的铝合金点焊时的热量主要集中在上下两个电极头和两层钣金中间。
而我们希望铝点焊的热量较多的集中在中部形成焊核的位置。
如图2所示。
1.普通铝点焊焊接形式:
40,铝车身的连接方法(5)普通铝点焊,2.普通铝点焊焊接设备:
常规点焊,螺旋点焊,铝点焊时,需要采用大端面的电极。
一方面,球状凸起表面可以加速压入材料,缩短工序时间;铝点焊必须压紧塑性材料(被软化区域),从而避免飞溅。
端面半径可为25mm、50mm、80mm、100mm等不同规格。
铝本身焊接特性,要求设备主要输出参数具备如下特征大电流、短时间:
1、焊接电流:
30KA50KA(普通点焊8KA15KA)2、焊接压力:
500700公斤力(普通点焊:
200450)3、焊接时间:
510周波(普通点焊825)控制更迅速、精确4、电极头及时清理防止氧化物粘连,电极水冷速度是普通点焊的2倍铝点焊焊机的供应商较少,而且对焊接控制器要求极高,主要技术来源于国外。
螺旋状电极铝合金点焊为GM专利技术,在凯迪拉克CT6等生产线有应用。
其专利点主要为对铝电极头耗损之后的修磨过程。
GM的铝点焊,称为MRD电极铝点焊,头部有一圈一圈的纹理,在破碎铝材表面氧化膜以得到可控制的接触电阻,能够最大程度的避免铝板材表面所固有的氧化膜对焊接质量的影响。
通用MRD电极铝点焊生产时,需要配备相应的四刀片修磨器,修磨频次为普通碳钢的5倍,约4050点/次。
由于技术保护等原因,目前仅应用于“通用汽车”。
41,铝车身的连接方法(5)普通铝点焊,3.普通铝点焊焊接对钣件要求:
普通铝点焊对钣件焊接边宽度要求更宽D=2025mm(普通钢板1416),其它焊钳通过空间同普通钢板点焊,42,铝车身的连接方法(5)普通铝点焊,4.普通铝点焊焊接较铆接特点:
优点:
1、铝点焊相比其它几种铝连接方法,焊接效率高,成本低,无需增加铆钉或焊丝等填充材。
缺点:
1、普通铝点焊焊接铝板厚度有限,只适合焊接门盖(如:
克莱斯勒RS前盖、CT6的门盖)等铝薄板焊接。
2、普通铝点焊只能焊接铝+铝薄板,不能焊接铝+钢。
3、质量问题频率高,在各种焊接方法中,铝点焊具有静强度高、可靠性好、性能稳定等优点,但铝点焊本身也具有很大的焊接缺陷,包括焊点质量不稳定、电极烧损严重使用寿命短等。
其中,焊点质量不稳定主要体现在飞溅较为严重、焊点表面质量差、熔核尺寸波动大和熔核内部易产生缺陷等。
电极烧损问题实质是电极表面的铜与铝合金反应的问题,这也是福尼斯会开发出带有电极带的铝点焊技术的原因之一。
43,铝车身的连接方法(5)普通铝点焊,5.普通铝点焊应用实例:
凯迪拉克CT6的铝点焊,44,铝车身的连接方法(6)DeltaSpot电阻焊,1.DeltaSpot电阻焊焊接形式:
焊接中,焊接后,DeltaSpot焊接形式同普通钢板点焊,45,铝车身的连接方法(6)DeltaSpot电阻焊,DeltaSpot焊接设备是福尼斯专利产品,是在电极和工件之间增加一条全新电极带。
每个点焊后,电极带自动移动到下一位置,这样使得电极表面总是清洁的,解决了铝点焊容易从母材上黏连材料的问题,保证每个焊点都有高质量的焊接工况;,2.DeltaSpot电阻焊焊接设备:
3.DeltaSpot电阻焊焊接对钣件要求:
焊接形式与普通点焊相同,焊接空间与普通点焊相同,焊接翻边宽度比普通点焊略宽。
46,铝车身的连接方法(6)DeltaSpot电阻焊,4.DeltaSpot电阻焊焊接特点:
1、可以焊接较厚铝板,比普通铝焊点焊接性好。
2、焊接缺陷率极少,几乎无飞溅。
3、钢、铝均可焊接。
4、焊接周期长(70M的焊带能焊出5000-10000个点),47,铝车身的连接方法(6)DeltaSpot电阻焊,5.DeltaSpot电阻焊实例:
铝门内板点焊,48,铝车身的连接方法(7)其他,TIG焊,摩擦焊,49,铝合金车身的连接方法对比,50,铝合金车身的连接方法对比,CT6车身,51,Q&A,52,谢谢,
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