鋁合金白車身多種連接工藝系統闡述和實踐應用

一 自沖鉚接（SPR）

自沖鉚接（SPR）簡介：大壓力將鉚釘直接壓入待鉚接板材，待鉚接板材 在鉚釘的壓力作用下和鉚釘發生塑性變形，成型后充盈于鉚模之中，形成穩定 連接的一種全新的板材連接技術。

動作階段：

①夾緊：鉚頭壓緊鉚釘到上板表面， 使板材貼緊模 具

②刺穿：鉚頭推動鉚釘刺穿上板并進入底板

③擴張：底層板材材料流入模具且鉚釘管腿張開， 在基板中形成一個機械互鎖

④釋放：當完成預設定參 數要求后，停止并返回。

技術特點：

• 可實現鋁-鋁、鋁-鋼及非金屬材料夾層的連接

• 接頭不能含脆性材料（如玻璃、脆性塑料）

• 可實現最大五層，10mm以內的板件鉚接

• 冷連接，無熱變形，雙面接觸式連接

• 動態疲勞強度高于電阻點焊

• 連接質量參數在線監控，實時采集，質量追溯

• 設備開發成本遠高于電阻點焊
  

工藝要求：

• 不同材質鉚接原則：薄板鉚向厚板，硬材質鉚向軟材質（steel->Al）

• 底層材料（die側）可以是鋼板或者鋁板，如果是鋁型材或鑄鋁其延伸率必須大于12%

• 底層板材的厚度必須大于鉚點總厚度的1/3

• 通常不同的材質、厚度、硬度的接頭組合需要不同的鉚釘、鉚模

• 連接點處需要保留雙側的進槍空間，只能使用C型鉚接槍

• 鉚接點凸起約1-3mm

影響SPR選型主要參數:

鉚釘：鉚釘長度、鉚釘直徑、鉚釘強度

鉚模：鉚模直徑、鉚模形狀及深度

板材：板材材質及其強度性能、板材厚度、板件搭接的上下順序

設備參數 ：頭高（Tucker）/鉚接速度（Henrob）、鉚接壓力（ Bollhoff ）

生產中常見問題及注意事項：

• 鉚槍仿真姿態與實際不完全相符合 --SPR手動鉚槍比較笨重，且吊掛過于龐大，建議選型時喉深需要大一些。

• 夾具結構設計空間小 --夾具設計階段應充分考慮現場鉚槍吊掛，平衡器高度，以便計算出合理鉚槍工作高度用于設計夾具。

• 試驗涂膠對SPR影響 --實驗室做選型試驗多數不考慮涂膠，實際生產中涂膠易導致搭接組合互鎖值不夠，建議嚴格控制涂膠量。

• 鉚模和鉚釘搭接組合使用錯誤 --鋁車身SPR搭接組合種類較多，建議作業文件中需要體現每種搭接組合的鉚模和鉚釘型號，需工藝指導。

• 零件匹配有間隙 --匹配縫隙大和狀態不一致，建議控制零件尺寸和精度、鈑金或更換零件。

• 鑄鋁件對SPR的影響 --鑄鋁件形狀復雜，厚度易不均勻，易導致鎖扣底部開裂或互鎖值不夠，建議控制鑄鋁件厚度。

• 手工操作對SPR品質的影響 --由于SPR鉚槍過于笨重，實際工作過程中需要多人協作，容易產生鉚點扭曲，建議提高人員操作技能和控 制設計時打點姿態模擬。

SPR質量評價方式:

鉚點質量判定分三步：第一步，鉚點表面質量評價，第二步，鉚點截面尺寸評價，第三步，力學強度測試。檢查項目為：

• 一般檢查項

檢查內容：1.頭高 2.裂紋 3.鉚扣存在明顯缺失 4.板材邊緣裂紋

檢查方法：1.目視 2.卡尺

改善方案：1.調整參數 2.調整涂膠量 3.切換鉚釘 4.優化焊鉗姿態

• 金相切面檢測項

檢查內容：1.頭部高度 2.剩余材料最小厚度 3.左側互鎖值 4.右側互鎖值

檢查方法：1.頭部高度 2.剩余材料最小厚度 3.左側互鎖值 4.右側互鎖值

檢查方法：1.切割設備 2.打磨設備 3.腐蝕液 4.顯微鏡

改善方案：1.調整參數 2.調整涂膠量 3.切換鉚釘 4.優化焊鉗姿態

• 力學強度測試

檢查內容：1.剪切力實驗 2.單面拉伸試驗 3.十字拉伸試驗

檢查方法：拉力測試儀

改善方案：1.調整參數 2.調整涂膠量 3.切換鉚釘

二 熱融自攻鉚接(FDS)

技術特點：

流轉鉆孔及螺紋攻絲成形技術——鉆孔、攻絲、擰緊 ；

單面攻入連接，完全自動化、多種材質連接、可拆卸等特點 ；

主要應用搭接關系：鋼板&鋁板與鋁合金型材&鑄件、多種材質組合的連接。

過程：

對應FDS工藝：

工藝布局：

各階段常見問題及注意事項

• 設計問題及注意事項（產品&工裝）：

1.無預沖孔時連接點搭接關系 ——從薄到厚，從軟到硬

2.夾具設計時需要預留安全距離（如圖） ——a≥15mm，b≥25mm

3.板材建議開預沖孔 ——預沖孔原則第一層φ8mm，第二層φ10mm。

4.底層板為鋁型材或鑄鋁 ——延展性差，易炸裂，建議鋁板底層≥2mm，鑄鋁≥3.5mm。

5.工裝柔性化開發 ——開發旋轉、翻轉和快速切換夾具。

• 常用設備參數設置（設備）：

1. 板材t＜5mm ——鋁板轉速8000m/min，鋼板轉速≤3000m/min

2. 支架氣缸壓力 ≤0.8KN

• 設備較常見報警及處理辦法

1. 超出最大深度 ——檢查設備中釘子數量

2. 最小深度未達到（步驟①/②/④） ——注意釘子嚙合、放大板材厚度監控值。

3. 超出最大扭矩（步驟②/③/④） ——調整垂直度、增加轉速、壓力。

4. 超出最大時間（步驟④） ——調整垂直度、降低轉速、壓力。

生產問題及注意事項（制造）

1. 生產階段參數與實驗室階段有差異 ——試驗階段為試片驗證，生產階段為產品驗證（影響因素多），前后狀態有明顯差異，試片驗證為參考。

2. 鑄鋁件驗證工作量大 ——鋁鑄件造型復雜厚度變化量一般在0.5-2mm，需要重點控制鑄件質量和工裝精度。

3. 零件匹配有縫隙 ——如果縫隙小，板材軟可以通過調設備整參數和夾具狀態進行優化；——如果縫隙大，則需要對零件進行鈑金或更換零件。

4. FDS反作用力大 ——夾具設計需要考慮大面積反向支撐，機器人型號建議≥500kg.

5. 釘子有滑移量 ——滑移量一般在0-5mm，沒有預沖孔和板材硬度大的板料滑移量大，需要反向調整軌跡。

6. 部分較軟型材搭接易產生縫隙 ——建議頂層板開預沖孔，否則實際生產間隙值通常＞1mm。

7. 試制階段建議使用機器人單點打釘程序 ——因為試制零件尺寸和精度不穩定性，預沖孔&零件搭接&工裝等都比量產復雜，生產過程需要人工校準。

8. FDS返修方法 ——生產一般選擇M5，返修螺釘為M6，將問題M5螺釘拆卸并開孔、擰緊M6螺釘。

常用判定標準

• 一般檢查項

檢查內容：1.螺釘完整性 2.螺釘頭磨損 3.螺釘位置度 4.結構膠是否溢出 5.底層擠出材料是否開裂 6.連接點板材凹陷量

檢測方法：1.目視 2.卡尺

常見問題：1.螺釘位置偏移 2.結構膠溢出 3.底層板料炸裂 4.板材凹陷嚴重

改善方案：1.調整軌跡 2.優化涂膠量及位 置 3.降低②氣缸壓力 （鑄鋁降低標準要 求） 4.增加轉速

• 檢查項

檢查內容：1.扭矩檢測 2.螺釘頭與上板間隙

檢測方法：1.扭力扳手 2.間隙尺

常見問題：1.扭矩＜5N*M 2.螺釘頭與上板不 接觸 3.螺釘頭單側接觸 間隙＞0.3mm

改善方案：1.降低②氣缸壓力 2.降低④氣缸壓力 3.調整軌跡

• 金相切面檢測項

檢查內容：1.螺釘頭與上板間隙 2.螺釘的位置度 3.螺釘的垂直度 4.螺紋材料流入量 5.板材形成螺紋是否滑牙 6.板間間隙

檢測方法：1.切割設備 2.打磨設備 3.腐蝕液 4.顯微鏡

常見問題：1.螺釘與預沖孔干 涉 2.螺釘偏斜 3.滑牙 4.板間間隙＞0.6mm （螺釘中心外側 0.9mm處）

改善方案：1.調整軌跡 2.調整軌跡 3.降低④轉速、壓 力 4.增加①壓力，增 加②壓力，增加③ 轉速

• 力學強度測試

檢查內容：1.剪切力實驗

檢測方法1.拉力測試儀

常見問題：其他滿足標準的情 況下，暫無問題

FDS截面質量評價方式:

三 鋁合金點焊(RSW)

鋁點焊原理：工件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱進行焊接的方法。

鋁點焊特點：

• 電阻率小、熱導率大，需要大電流；

• 表面存在氧化膜，不導電，需特殊電極帽；

• 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，確保點焊質量；

• 線性膨脹系數大，需大壓力； 連接強度相對低，常與結構膠配合使用；

• 不能連接異種材料，尤其是鋼和鋁；

• 無法做類似鋼點焊的鑿檢，過程中目視檢查、 超聲波檢查為主

工藝約束條件：

• 必須都是鋁材與鋁材的連接；

• 產品設計需要滿足鋁點焊的焊接空間要求， 有足 夠的翻邊和空間點焊焊槍進入 ； 考慮電極壓力，電極不能有超過5度的夾角；

• 電極帽要求：大球面電極帽，球面半徑為50/100 mm，電極帽直徑一般為20mm，電極帽材料一般為氧 化鋁彌散銅；

• 電極修模頻次10個焊點左右；

• 工裝夾具特殊材質設計：鋁點焊電流大（40-50K A ），焊接時產生強磁場，對周邊工裝夾具產生磁 力，導致夾具定位不穩定，同時焊接時電極臂不穩 定，焊接位置產生偏差；

• 工裝夾具如圖二標注使用無磁材料牌號7Mn15Cr2 Al3V2WMo鋼，鋁制件牌號12Cr18Ni9；

  
  

質量判定標準：

鋁點焊現場缺陷問題實例：

問題描述：

0.9+0.9板厚搭接，超聲波檢測6個點有三個存在問題（見左上圖），全拆解后發現，2個虛焊，一個存在（大 氣孔、裂紋、焊核過小4.5mm）的問題。

原因分析：

1、焊接參數不合適；2、電極帽修模不到位；3、板材表面有激光切割的焊渣；

整改措施：

1、優化焊接參數，針對薄板材料參數中增加電流緩升時間；2、修改電極修模頻次；3、對激光切割參數進行優化，減少焊渣飛濺，或手工處理焊渣。

四 冷金屬過渡連接技術(CMT)

定義：低于焊件熔點的釬料和焊件同時加熱到釬料熔化溫度后，利用液態釬料填充固態工件的縫隙使金屬連接的焊接方法。

工作原理：鋁及其合金在釬焊時，因其比較活潑，容易在表面形成一層致密的氧化膜，所以必須借助某些金屬活化劑，如Mg等，一般認為活化劑的去膜原理，一方面，活化劑與空氣中的氧氣和水反應，消除他們對鋁釬焊的有害作用，另一方面Mg蒸汽深入膜下表材層與擴散的Si形成低熔點的Ai-Si-Mg合金，釬焊時，該合金熔化從而破壞氧化膜與母材結合，使熔化釬料得以濕潤母材，從而達成焊接。

常用標準

• 一般檢查項

檢查內容：1.焊縫外觀 2.板件外觀

檢測方法：1.目視

常見問題：1.焊縫有裂紋 2.焊縫有氣泡 3.焊縫存在燒穿現象 4.焊縫存在焊瘤 5.焊縫存在焊咬邊現象

改善方案：保證焊接環境，嚴格 控制拼裝間隙、根據 焊接母材的厚度，選 擇合適的焊接電流與 電弧電壓，提高操作人員的相關能力。

• 金相切面檢測項

檢查內容：1.焊縫的熔深深度 2.焊縫的氣泡密 度 3.焊縫的氣泡直徑

檢測方法：1.切割設 備 2.打磨設 備 3.腐蝕液 4.顯微鏡

常見問題：1.熔深深度不夠 2.氣泡密度過大 3.氣泡直徑過大

改善方案：1.調整焊接參數 2.調整焊接位置 3.選擇合適的焊絲 4.調整焊接速度 5.選擇合適的保護氣

五

機器人滾邊(Roller)

概述：機器人滾邊技術是一項應用在頂蓋天窗、發動 機罩、行李箱蓋、車門、翼子板和輪罩等主要車身 部件上的新型包邊技術。機器人滾邊主要由3大部分組成：滾邊模具、定位和傳感系統、滾輪機構和機器人工作站。)

技術特點：優點：質量穩定、一致性好、報廢率低、人員投入 少、勞動強度低、柔性化、互換性好、能真實模擬 量產工藝規劃、生產節拍、可實現翻邊角度≥105° 的包邊。缺點：成本投入大、現場作業占地面積大、調試時 間長、工裝精度要求高。

設計關鍵要點：

沖壓方向和定位：包邊角度盡量保持水平，降低產品因自 重量受到的位移影響。

過翻邊量：外輪廓延長1mm，防止在調整產品需要 移位時底面沒有支撐，產生雙眼皮現象。

滾輪導向：外圈倒滑面與產品延長面夾角為135°；倒滑面長度為14mm，避免滾頭工作時干 涉。

干涉分析：定位單元在打開和閉合兩種狀態下均不 能影響到包邊滾輪的包邊工作。

滾邊流程介紹

六 激光焊接(Laser)

激光釬焊：利用激光將焊絲融化，然 后利用機器人牽引將 融化的焊絲浸潤被焊 零件，最終融化的焊 絲填充到所需焊接的 工件之間完成焊接。

激光熔焊：在足夠高的功率密度光束照射 下，材料蒸發，形成小 孔。小孔和圍著孔壁的 熔融金屬隨著前導光束 前進速度向前移動，熔 融金屬填充著小孔移開 后留下的空隙并隨之冷凝，形成焊縫。

相關缺陷產生原因及解決措施

• 焊接裂紋

產生原因：1.零件及焊絲材質異常 2.激光強度過強

解決措施：1.分析鈑金及焊絲材2.調節激光強度

• 焊接燒穿

產生原因：1.電壓過高 2.焊接速度、送絲速度過快

解決措施：1.降低電壓 2.選取適當的焊接速度 及送絲速度

• 焊縫未焊滿

產生原因：激光頭角度調整不當 2.零件配合間隙大于0.3mm 3.焊接參數選擇不當

解決措施：1.選擇適當的角度 2.整改零件配合間隙 3.調整焊接參數

• 焊接偏移

產生原因：1.焊接軌跡調整不當 2.零件配合間隙不均勻

解決措施：1.調整機器人行走軌跡 2.調整零件配合間隙

焊瘤

產生原因：1.焊接速度、送絲速度過慢

解決措施：1.選取適當的焊接速度 及送絲速度