汽车用异种材料连接结构的设计方法及其连接结构

浅谈异种材料间的连接方法作者：制造与工来源：《时代汽车》2020年第09期摘要：近年来，随着国家的综合实力以及生产制造水平的不断提高，越来越多的新概念进入到人们的视野中，现在的重点已不仅在意生产产量，相反的，生产过程中的环保健康越来越被重视。

汽车行业作为近年来的重要发展产业之一，为实现绿色制造和节能减排，汽车轻量化技术逐渐得到重视。

目前实现轻量化的方法主要有结构优化、使用轻量化材料以及采用先进的制造技术。

随着铝合金、镁合金、钛合金等轻质材料性能的逐渐提升，异种材料间的连接是现阶段制造业的重点研究内容之一。

本文将对常见的异种材料间的连接方法进行介绍，为异种材料连接的研究提供理论基础。

关键词：绿色制造;节能减排;异种材料1 引言汽车行业作为国家工业重要组成部分，近年来为了响应国家可持续发展的战略以及缓解愈来愈严重的环境污染问题，汽车轻量化技术受到了越来越多的重视。

据相关资料显示，汽车自身重量每减轻100kg，油耗将节约0.6升/100公里。

对于传统的汽车材料而言，多以钢结构为主，但钢的密度较大，使得车身重量得不到减轻，油耗增大，对环境的污染程度也较高。

近年来，随着对镁、铝、钛等密度较小材料性能的深入研究，轻质材料的应用途径不断扩大，尤其在汽车行业中体现得更为明显。

基于此，汽车中采用的材料结构发生变化，不再仅以钢材作为主要材料，更多的是将轻质材料与钢材等异种材料进行整合使用。

因此，如何实现异种材料之间的有效连接就成为了研究的重点。

2 连接方法随着轻量化技术地位的不断提升，异种材料间的连接方法也在不断地进行更新，目前主要采用的连接方法包含焊接、胶接等常用传统的连接技术以及自冲铆接和无铆连接技术等新型连接技术。

2.1 焊接焊接是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造工艺及技术，而焊接主要是通过熔焊、压焊和钎焊三种途径来达到接合的目的。

在焊接方式中，搅拌摩擦焊作为一种较为新型的焊接技术，广泛应用于异种材料之间的连接。

异种材料先进连接技术及在航空航天发动机中的应用引言航空航天工业的发展一直处于技术创新和发展的前沿。

随着技术的不断进步，航空航天发动机的设计和制造也在不断更新换代。

先进的材料和连接技术在航空航天发动机中的应用越来越普遍，它们不仅可以提高发动机的性能和可靠性，也可以降低发动机的重量和成本。

本文将重点介绍异种材料先进连接技术的最新发展及其在航空航天发动机中的应用。

一、异种材料先进连接技术概述1.1 异种材料连接技术的发展历程异种材料连接技术是指将不同种类的材料通过连接设备、连接件或连接工艺进行组合，在实现功能联合的同时实现材料连接的技术。

随着航空航天技术的发展，对材料连接技术的要求也不断提高。

传统的连接技术已经无法满足发动机的性能和可靠性要求，因此异种材料连接技术应运而生。

异种材料连接技术的发展历程可以分为以下几个阶段：早期的手工焊接和黏接、自动化焊接和黏接、机械连接技术、化学连接技术和结构胶连接技术。

每一种连接技术都有其特定的应用领域和优势，但也存在一定的局限性。

近年来，随着先进材料的发展和制造技术的进步，异种材料连接技术也在不断创新和完善，为航空航天发动机的设计和制造提供了更多的选择和可能性。

1.2 异种材料连接技术的分类根据连接材料的性质和使用条件的不同，异种材料连接技术可以分为以下几类：焊接技术、黏接技术、机械连接技术、化学连接技术和结构胶连接技术。

每一种连接技术都有其独特的优势和适用范围，可以根据实际的应用需求和条件进行选择。

1.3 异种材料连接技术的研究热点目前，异种材料连接技术的研究热点主要包括以下几个方面：高温高压环境下的连接技术、复合材料的连接技术、新型材料的连接技术、数字化设计和制造技术在连接工艺中的应用。

这些研究方向将为航空航天发动机中的异种材料连接技术提供更多的创新和突破契机。

二、异种材料连接技术在航空航天发动机中的应用2.1 轴承系统的连接技术发动机的轴承系统是发动机的重要组成部分，直接影响着发动机的运转性能和寿命。

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汽车行业车辆铝车身连接工艺技术方法大全在汽车行业中，使用铝车身连接工艺技术可以显著减轻车身的重量，提高车身的强度和刚性，改善车辆的燃油经济性和操控性能。

以下是一些常用的铝车身连接工艺技术方法：1. 铝合金焊接：铝合金是一种常用的车身材料，可以通过焊接来连接不同部件。

常见的铝合金焊接方法包括TIG（Tungsten Inert Gas）焊接、MIG（Metal Inert Gas）焊接，以及激光焊接等。

这些方法可以实现高强度的连接，同时也有较好的外观和耐腐蚀性能。

2.铆接：铆接是一种常用的连接方法，特别适用于连接薄板或不易进行焊接的部件。

铆接通常使用铆钉或铆铆钉进行连接，通过将铆钉穿过连接的部件并从另一侧形成头部，实现部件的牢固连接。

铆接连接具有高强度、耐腐蚀和可靠性好的特点。

3.自攻螺纹：自攻螺纹是一种通过在一侧先钻孔形成螺纹孔，然后在另一侧用螺纹螺钉连接的方法。

这种连接方法适用于连接不同材料的部件，并且可以获得坚固的连接。

4.紧固件连接：紧固件连接指的是使用螺母和螺栓来连接不同的部件。

紧固件连接广泛应用于汽车行业，可以提供较高的连接强度和可靠性。

5.弹性连接：弹性连接是一种通过在接触面之间增加弹性材料（如橡胶）来吸收和减少振动和冲击力的连接方法。

这种连接方法常用于减震器和悬挂系统等部件的连接，以提高车辆的驾驶舒适性和稳定性。

6.胶粘剂连接：胶粘剂连接是一种使用适当的胶粘剂在两个部件之间形成牢固连接的方法。

这种连接方法适用于连接不同材料的部件，如铝合金与塑料件的连接。

胶粘剂连接可以提供较好的密封性和耐腐蚀性能。

7.激光焊接：激光焊接是一种高精度的焊接方法，通过激光光束将两个部件熔合在一起。

这种连接方法适用于连接较小的部件或进行高精度的连接，可以实现较高的焊接质量和外观。

总的来说，汽车行业的车辆铝车身连接工艺技术涉及到多种方法，每种方法都有其适用的场景和特点。

在实际应用中，根据具体的车身设计和需求，可以选择合适的连接方法，以提高车身的性能和可靠性。

铝车身连接工艺方法大全
铝车身连接工艺方法有以下几种：
1. 焊接：铝车身常用的焊接方法包括MIG焊接（金属惰性气体焊接）、TIG焊接（氩焊接）
和电阻焊接。

这些焊接方法可以通过加热两个或多个铝件，使它们融合在一起。

2. 强化接头：这种方法通过在铝材表面制造凹槽，然后填充高强度胶粘剂或密封剂来实现连接。

这种方法可以提供强大的连接力，并且不会对铝材本身造成损伤。

3. 螺栓连接：使用螺栓和螺母将两个或多个铝件固定在一起。

这种连接方法适用于需要经常拆
卸和重新连接的情况。

4. 铆接：铝车身中常用的铆接方法包括实心铆和中空铆。

实心铆通过选用合适的铆钉将两个或
多个铝件固定在一起。

中空铆则利用压力将中空铆钉压入铝件中，实现连接。

5. 黏接：使用高强度胶水或粘合剂将两个或多个铝件粘合在一起。

这种方法不会对铝材本身造
成损伤，并且可以提供强大的连接力。

6. 激光焊接：利用激光束将两个或多个铝件加热并融化，然后快速冷却以实现连接。

激光焊接
可以实现高精度的连接，并且不需要额外的焊接材料。

以上是一些常见的铝车身连接工艺方法，具体选择哪种方法取决于车身设计的要求、连接的部
位以及制造成本等因素。

铝和钢异种材料连接应用场景
1.汽车制造：汽车零部件中常用铝合金材料和钢材进行组合制造，如车门、车窗框等。

铝和钢的材料特性不同，采用合适的连接方式可以保证零部件的安全性和稳定性。

2. 航空航天领域：航空航天领域中，飞机、火箭等载具的结构
部件中常用铝和钢进行组合，并采用粘接、铆接等方式进行连接，以保证零部件的轻量化和强度要求。

3. 建筑领域：建筑领域中，铝和钢的组合应用广泛，如楼梯扶手、窗帘墙、幕墙等。

采用不同的连接方式可以使结构部件达到设计要求。

4. 电子电器领域：电子产品中，铝和钢的组合应用也较为普遍，如笔记本电脑、手机等。

采用合适的连接方式可以实现电子产品的结构稳定和外观美观。

总之，铝和钢异种材料的连接在各个领域都有广泛的应用，不同的连接方式可以满足不同的设计要求和安全要求。

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1 2 3 4 5 6 7 8研究表明：钢铝连接接头成本约为白车身成本的10%～20%，连接技术的正确使用对车身降成本意义重大。

积累钢铝混合连接技术设计开发/CAE/Safety/同步工程经验，有利于支持后续类似新车型开发。

汽车轻量化已成为汽车行业发展趋势，钢铝混合车身的设计开发已经在部分汽车公司开始研究和实施应用。

研究表明：钢铝连接接头成本约为白车身成本的10%～20%，连接技术的正确使用对车身降成本意义重大。

积累钢铝混合连接技术设计开发/CAE/Safety/同步工程经验，有利于支持后续类似新车型开发。

1. 铝合金点焊焊接接头形式，如图1 所示。

铝合金熔点低、热膨胀率及导电率高，表面易氧化，铝点焊需大电流、短时间、多脉冲、大电极压力，对焊机、变压器及焊枪的供电要求高，大电极压力需要焊枪结构坚固可靠[1]。

因此，铝合金点焊设备费用很高，国内汽车制造厂应用较少。

通用汽车在量产车型中应用，由于焊钳体积较大，无法手持，需要机器人自动化实现。

图2 示出铝合金点焊焊钳。

图1 铝合金电焊接头形式图2 铝合金点焊焊钳2. 铝弧焊（MIG）焊接接头形式，如图3 所示。

铝熔点低，550～660 ℃，热膨胀系数是钢的2 倍，导热性是钢的4 倍，因此，焊接变形及焊接应力增加，需要采用低热输入量焊接工艺（如CMT 技术）。

由于铝合金吸热后极容易热应力集中，造成板件开裂。

目前主要采用2 种方式减少MIG 焊时所产生的热量，即机械截断式和电源截断式，通过引弧-熄弧-再引弧的重复方式减小热量的输入。

图3 MIG接头形式目前，MIG 在车身上应用比较广泛，如全铝前防撞梁、吸能盒等碰撞安全关键零部件；另外，铝铸件与铝型材之间也可以通过MIG 进行连接，图4 示出MIG 产品。

图4 MIG产品3.自穿钉铆接（SPR）SPR（Self-piercing rivet）属于冷连接技术，接头形式，如图5 所示。

其独特的连接方式，使其可以有效克服铝合金、镁合金、钛合金等轻金属材料导电、导热性快，热容小，易氧化，难以采用传统的连接方法进行焊接的缺点。