采用轻型的结构材料是最有潜力的轻量化的方法之一，其中铝合金的应用越来越多，因此，研究应用于汽车上铝合金/钢材的异种连接方式具有重要的现实意义。

铝和钢的物理性能差别很大，因此，铝合金在汽车车身的应用必须要解决铝合金与钢材焊接问题。

目前，无论是一些汽车制造企业还是研究院所，针对铝合金与钢材的连接采用的工艺方法都不完全相同，有些采用压力焊接来进行，有些采用熔化焊进行，也有采用机械铆接的形式或者胶粘的方式进行，总之，根据自身的情况选择合适的连接方法。目前，国外一些汽车制造厂针对铝合金与钢材异种材料的连接已经有了实际应用，其中搅拌摩擦焊、钎焊、铆接以及新兴焊接工艺方式如激光复合应用较多，并且某些连接方式已经在工业技术中有比较成熟的应用。

欧盟著名的超轻车项目(SuperLight-Car)值得关注。在大众公司主导下联合38家汽车生产厂家、研究机构和供应商经过4年的共同努力，在没有显著增加轿车车身成本的前提下，设计并制造出了减重达35%的车身，该车身使用了大量的轻金属，尤其是铝合金，并采用了很多种新型连接工艺来实现车身的连接。

“超轻车项目”采用多种新型连接工艺

异种金属的新型连接工艺方法

电阻焊由于高效率、低成本且自动化程度高等特点在汽车车身制造中一直占有主导地位，目前国内的轿车制造基本都是以电阻点焊为主完成。采用铝合金之后应用电阻点焊比较困难，存在诸多难题尤其是铝合金与钢的异种焊接，目前针对铝合金和钢材的异种材料连接主要有以下几种方式：

1. 搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊接是一种固相焊接方法，搅拌摩擦焊具有热输入小、焊接时间短、变形小及焊接温度低等特点，摩擦头一边旋转一边沿接合线向前行进移动，被焊接的工件在摩擦热作用下软化，随着搅拌头的旋转而产生材料的塑性流动，从而被接合成牢靠的接头。

搅拌摩擦焊示意

搅拌摩擦焊接有诸多优点，目前，国外一些厂家已经将这种技术应用于汽车制造中，日本马自达在2006年就采用了搅拌摩擦点焊技术实现钢与铝合金的焊接，并应用于马自达的MX-5的箱盖和RX8的后门。此外，日本本田在美国上市的某款雅阁采用了搅拌摩擦焊工艺连接铝和钢的副车架，可以使副车架减少25%的重量。

雅阁新款（右）和老款（左）车型副车架对比

另一方面，搅拌摩擦焊也存在设备复杂、价格昂贵，同时对于一些形状比较复杂的焊缝形式很难实现焊接等问题，同时搅拌头的磨损比较大，规模化地应用于车身制造成本较高。

2. 铆接技术

铆接是一种相对应用比较成熟的异种材料连接技术，铆接的形式也比较多，其中无铆钉铆接和自冲铆接较为先进且应用广泛。它们不需要预冲孔便可实现汽车板的连接，而且对连接对象的表面清洁度和氧化层不敏感，同时具有电阻点焊技术的高效率和易于自动化等特点。

(1)无铆钉铆接 无铆钉铆接是利用钣金本身的冷变形能力，对钣金件进行冷变形加工，使钣金产生局部变形而将钣金件连接在一起的继续连接技术。目前这种技术在世界上比较流行和成熟的主要有德国的TOX和美国的BTM公司等。无铆钉铆接的形式在国外汽车制造业中应用非常广泛，如大众汽车的途安、波罗和斯柯达，通用汽车的爱维欧、科鲁兹、别克英朗，以及君威、君越等都采用了TOX技术。

无铆钉铆接接头的剥落强度和疲劳强度都比较低，所以通常也只能应用于发动机罩、行李箱盖等非承载的部件。无铆钉铆接的接头形式基本有两种。

无铆钉铆接接头示意图

(2)铆钉铆接 铆钉铆接的形式有多种，自冲铆接是一种比较先进的铆钉铆接技术。与传统的铆接相比，自冲铆接不需要预先钻孔，产品成本低，使用方法简便。目前已经在欧洲很多车型上得到广泛应用，捷豹X350用了3 000多个自冲铆钉，奥迪A8车身70%的连接采用了铆接，而奥迪A2自冲铆接接头数量也从A8的1 100多个增加到1 800个。沃尔沃汽车还有自己的自冲铆接车辆生产线，自冲铆接已经成为欧美高端车型的关键制造技术之一，据报道其接头疲劳强度可达电阻定位焊的2倍。

3. 胶结技术

胶结技术是通过胶粘剂与被连接件之间的化学反应或物理凝固等作用将材料连接在一起的一种技术，采用胶结技术可以实现良好的抗疲劳性、隔音性和减振性。对于多材料混合车身，由于胶接技术不存在熔化问题，而且可以隔绝异种金属接触从而避免电化学腐蚀，因此具有明显的优越性。

本田在去年开发出新工艺，用于铝合金与钢材的连接，主要是将4个车门的车门外板用铝合金材料来制作，内板仍然是钢材。本田已将该款技术应用于此前在美国正式上市的讴歌RLX 车型。新工艺将车门内外板之间的包边形式进行了一定的修改，同时取消了点焊而采用胶结的形式连接。

本田车门包边采用胶结的形式

4. 其他焊接方法

随着焊接技术的发展和新型焊接工艺的出现，也出现了很多可应用于铝合金和钢材异种材料的焊接方法，如激光焊接、电子束焊接、CMT焊接法及钎焊等。激光焊接由于功率密度高、加热快且损耗小等特点可应用于铝和钢材异种焊接。电子束焊接具有能量密度高、熔透性高和焊接变形小的特点，对形状复杂的异种金属诸如铝钢异种材料也可以进行焊接。CMT(冷金属过渡)焊接方法是一种问世不久的材料连接工艺，这种工艺可以实现冷-热交替焊接，大幅度降低热输入，为薄板的焊接提供了完美的解决方案。

结语

铝合金材料的应用可以有效减轻车身重量，但是铝合金与钢材的物理性能差别比较大，异种材料之间的焊接性很差，要实现良好焊接存在诸多难题。目前，国外汽车厂商研究和应用比较多的几种工艺方法有搅拌摩擦焊、铆接、胶结及其他焊接方法等多种方式。每一种连接方式都具有各种特点和适用条件，具体情况还需要进一步分析，针对不同的结构材质，所选用连接工艺方法也不完全相同，需要根据实际情况进行分析，以选择合适的方法设备，或者对现有设备进行改造来实现高质量的白车身。