「连接工艺专栏」奥迪A8 轻量化先进连接技术的应用

奥迪A8

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节能、环保和相关法律法规的要求，决定了汽车车身轻量化的发展趋势。铝合金和热成形钢材料，是车身轻量化发展的重要组成部分，两者均可明显地降低车身的重量，增加车身的强度和刚度，满足新能源汽车发展的要求。

铝合金具有较低的密度、较好的成形性、较高的屈强比，尤其对于压铸铝合金，由于工艺的特殊性，使材料具有更高的强度和刚度，故可满足更高的强度和碰撞要求。

奥迪公司在20世纪90年代初，就已经推出了全铝合金车身，其目的一方面是轻量化，另一方面是追求更高的加速性能。

但是随着轻量化和碰撞法规的更高要求，奥迪车身逐渐由全铝车身向铝合金和热成形混合车身的方向发展，即以铝合金作为主要车身材料，同时辅以热成形框架增加强度和刚度的设计形式。

01

轻量化车身结构

奥迪车身的轻量化发展，基本代表了汽车行业车身发展的方向。

其中的典型代表车型是奥迪A8(图片|配置|询价)系列，其代表了轻量化发展的基本历程，同时也间接反映了相关产品和法律法规的发展要求，也促进了相关车身焊装新技术的发展与应用。

奥迪A8车身材料演变过程如图1所示。

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a)第一代车身重量249kg

b)第二代车身重量215kg

c)第三代车身重量231kg

d)第四代车身重量282kg

奥迪A8车身材料经过近30年的发展，从最初的第一代全铝合金车身，逐步过渡到了铝/钢混合的车身结构，其中铝合金约占70%，热成形钢约占20%，镁合金和其他材料的比例不超过2%，其余为普通高强钢材料。

作为最新一代的奥迪A8车身，增加了热成形钢的比重，这主要是为了增加新能源车更为苛刻的车身强度和刚度要求，从而满足碰撞等产品性能要求。

铝合金主要采用铝合金板材、铝合金型材以及压铸铝合金等。板材主要应用于覆盖件和部分结构件，型材主要应用于门的加强梁和保险杠等部位，压铸铝合金主要应用于承受更大冲击力的部位，如弹簧腿支架和发动机悬置等。

在铝合金材料的应用过程中，压铸铝合金的应用得到了越来越广泛的关注。

由于压铸的特殊工艺、较高的过冷度和成形压力，因此可以得到晶粒更为细小的组织，使其具有更高的力学性能，强度可以达到普通低合金钢的等级。

02

轻量化车身连接技术

奥迪A8车身连接技术统计

因为大量铝合金和热成形钢的应用，所以必须解决铝合金和铝/钢异种材料的焊接性问题。

奥迪A8车身焊接技术的数据统计，见表1。

注：车身焊缝长度（焊点数量）为车身结构与覆盖件焊缝长度（焊点数量）之和。其中括号中所对应的数据为焊点数量。

从表1中可以看出，为了实现铝/钢车身的连接，奥迪A8几乎采用了目前最为先进的多种连接技术。

其中，部分焊接技术是随着产品升级而由奥迪公司主导开发的，这一方面不仅满足了自身产品的设计要求，同时也促进了车身焊接新技术的发展与应用。

奥迪A8车身焊接技术主要以各种激光焊技术、铆接技术、新型弧焊技术和新型点焊技术为主体，传统点焊技术的地位得到弱化。在新的连接技术中，激光焊、CMT、RES等新技术的应用就与铝合金和热成形钢的材料物理化学性能存在密切关系，可以较好地解决铝/钢接头的焊接性问题。

铝合金材料具有较高的热导率和线膨胀系数、较低的电阻率和熔点等物理学特征，同时铝合金极易在表面形成氧化膜，造成焊接过程中的氧化物夹杂，并且铝合金对水或氢具有较强的亲和性，因此在焊接过程中极易产生气孔和裂纹。

铝合金的这些属性，使得铝合金材料具有较差的焊接性，难以形成质量较高的接头。与热成形钢相比，两者的材料性能又差别极大，这些都会影响铝合金与热成形钢的优质连接。

结合铝合金和热成形钢材料的物理化学性能，在铝/钢车身的连接技术中，激光焊技术、铝合金中/高频点焊技术、RES技术等是轻量化车身的主要应用技术，可以满足车身连接的设计要求。

铝合金RES技术

RES（德文缩写为Reibelementschweißen）是德国大众集团参与开发的一种新型连接技术，其借鉴FDS技术和摩擦焊技术的相关原理，可以实现热成形钢和高强铝合金等异种材料的优质连接，目前已成功应用于奥迪A8、Q7、A6L等车型的白车身生产。

钢/铝异种材料的点状连接，对于屈服强度级别在700MPa以下的钢板，可以采用FDS或SPR等连接方法来完成。对于热成形钢板，其屈服强度已达1200MPa以上，通过上述方法难以实现连接，可以通过RES焊接方法进行连接。

RES是一种利用连接单元高速旋转，穿透低硬度板材，然后利用其与高硬度板材的摩擦及塑性变形而形成焊接接头的新型连接技术。在轴向压力与摩擦力的作用下，钢质连接单元尖端与硬质板材之间完成摩擦焊接过程。

它可以实现铝合金与热成形板材的优质焊接，具有热输入低、无形变、无余渣残留、无需预加工处理和低排放等特点。RES的焊接技术原理如图3所示。

图3 RES焊接技术原理

03

最 后

随着汽车轻量化水平的不断提高，铝合金的应用将逐渐增多，可以预测在未来很长的一段时间内将呈现钢制车身、铝制车身以及钢-铝混合车身并存的局面。

车的产品设计也将会依据车身各区域的不同要求，选择使用不同性能、满足要求的铝合金材料以及合适的连接技术，以实现车身功能、材料以及工艺间的最佳匹配。

只有加快铝合金连接新技术的开发与突破，才能拓宽铝合金在车身上的应用选择，为汽车的轻量化设计提供更多的可行性。

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