輕量化引發(fā)的思考-未來汽車還要焊接嗎

白車身焊接是指將各種沖壓件通過焊接的方式裝配成合格的白車身總成。現(xiàn)代汽車中常見的焊接方式有多種，比如電阻點(diǎn)焊、激光焊、Plasma焊、鉚焊、TIG/MIG焊等，各種焊接方式各司其職，特點(diǎn)不一。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，白車身中的焊點(diǎn)數(shù)目高達(dá)4000~6000個(gè)之多，將各沖壓件裝配到一起的同時(shí)，還會(huì)額外增加車身重量。在現(xiàn)代車身輕量化趨勢(shì)之下，關(guān)于焊接工藝的控制手段層出不窮。比如說采用仿真分析，對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化分析，在滿足車身強(qiáng)度的同時(shí)，減少焊接點(diǎn)的數(shù)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(xù)的激光焊縫代替離散的點(diǎn)焊縫，可以減少搭接寬度和一些加強(qiáng)部件，壓縮車身結(jié)構(gòu)件本身的體積。

但是，以上只是在對(duì)現(xiàn)有的焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)，真正顛覆性的改變還未到來。

近年來由于燃油危機(jī)以及環(huán)境污染等問題，車身輕量化受到越來越多的關(guān)注。特別是新能源汽車，與傳統(tǒng)汽車不同，采用了電池作為動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行，因此受到了電池重量、續(xù)航里程的制約，在車輛設(shè)計(jì)和材料應(yīng)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(yīng)對(duì)策略，希望尋求新的車身材料，達(dá)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(hào)，福特汽車公司宣布，將與美國陶氏化學(xué)合作，研究制造創(chuàng)新性碳纖維復(fù)合材料，在未來的產(chǎn)品上用使用；

日本東麗工業(yè)與戴勒姆分別持股50.1%、49.9%成立合資公司，于2012年起生產(chǎn)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(fā)先進(jìn)碳纖維/熱塑性復(fù)合材料技術(shù)；

鋁軋制品巨頭諾貝麗斯(NovelisInc.)在全球大幅擴(kuò)張汽車用鋁板的產(chǎn)能，該企業(yè)在北美、歐洲業(yè)務(wù)拓展的基礎(chǔ)上，于2014年底建成了亞洲第一條汽車專用鋁板生產(chǎn)線(常州)；

美國市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Ducker的一份報(bào)告稱，盡管目前僅有1%的汽車為全鋁車身，到2025年全球?qū)⒂?8%的汽車為全鋁車身。

那么，隨著新材料的興起，傳統(tǒng)的焊接工藝是否會(huì)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(dǎo)率和比熱容高、線膨脹系數(shù)大、合金元素易揮發(fā)等缺點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的焊接工藝就產(chǎn)生了極大的挑戰(zhàn)。

近年來，在一些高端車型中出現(xiàn)了一種新的膠接技術(shù)，與傳統(tǒng)的輔助焊接手段不同，旨在以鉚接和膠接技術(shù)相結(jié)合或僅采用膠接技術(shù)，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(jié)構(gòu)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)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(qiáng)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(dòng)車，車身的粘合是通過長達(dá)160米的膠水來完成的。

2005~2014這十年間，寶馬集團(tuán)從寶馬M家族車型開始逐步加大碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用，積累了豐富的研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。而寶馬i產(chǎn)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(tǒng)金屬車身的沖壓、焊接工藝。

如果說鋁合金技術(shù)是現(xiàn)在，那么碳纖維技術(shù)很有可能就是未來?，F(xiàn)在碳纖維技術(shù)存在成本高、可修復(fù)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(chǎn)車型奕代T300，就配備了碳纖維單體殼車身，售價(jià)僅為12萬元。

又或者是陶氏汽車系統(tǒng)在碳纖維粘接解決方案上的創(chuàng)新成果——BETAFORCETM復(fù)合材料結(jié)構(gòu)膠注射粘接技術(shù)。該技術(shù)是通過調(diào)整開放時(shí)間和周期時(shí)間等參數(shù)，在不影響機(jī)械性能的條件下按照客戶的特殊生產(chǎn)要求進(jìn)行定制結(jié)構(gòu)膠，幫助客戶提高其裝配效率。應(yīng)用注射粘接技術(shù)，碳纖維部件得以更廣泛地應(yīng)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(shù)現(xiàn)已成功應(yīng)用于寶馬集團(tuán)最新推出的寶馬7系中(2016款)。

以上，車身輕量化是大趨勢(shì)，在這種趨勢(shì)下引發(fā)的對(duì)各種新材料、新工藝的研究層出不窮，傳統(tǒng)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(huì)采用。