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除了结构和材质的因素,还有哪些技术可以让... ?

“结实”的概念有点泛,简化为“车身强度”吧。一般汽车在设计的时候,为了提高车身强度会从3个方面下手:

  • 车身结构
  • 车身材料
  • 连接工艺

题目中实际上已经排除了前两个方面,所以剩下最主要的改进方案就是车身的连接工艺了。

连接工艺也听起来文绉绉的,简单来说就是车身的焊接工艺,当然也不止于焊接啦。车身制造中焊接方式有点焊、缝焊、凸焊、激光焊、电弧焊、螺柱焊等,其它的连接工艺还有涂胶、铆接、TOX等,根据不同部位以及不同连接材料而定。

汽车制造主要经过冲压、焊装、涂装、总装四大车间,焊装车间是接着冲压车间后面工作的。由于车身冲压件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳钢,所以焊接是现代车身制造工艺中应用最广泛的连接方式。由于点焊焊接质量较易保证,对于操作工人的要求简单,在规范的操作下很容易达到良好的焊接效果,所以点焊在汽车焊接中被广泛采用,一般一辆车会有几千个点焊焊点。

简单介绍一下点焊的工作原理。首先是将两电极之间的工件加压,然后短时间内通以强大的电流,由工件本身的电阻产生热量来加热形成局部熔化接合的一种焊接方式,断电冷却时在压力继续作用下形成牢固的接头。

点焊原理及操作图

回到正题,单个或多个焊点实现了接头的连接,接头的质量决定了车身连接的强度,而接头的质量则取决于焊点的质量及点距。

焊点的质量除了上表的焊点尺寸,还与焊点表面与内部质量有关。焊点表面可用肉眼观测,要求表面压坑浅、平滑均匀过渡,无明显鼓起、外表面没裂纹,无熔化。而内部质量的检测则复杂的多,车企为了保证车身强度必须在焊点连接强度方面有专业的检测方法。

抽查白车身

各大厂商对于产品检验都有自己的标准和方法,不过只有汽车巨头才有实力斥巨资进行全面的产品品质检验工作和开展各种严苛的测试。比如一汽-大众一直以德国大众的标准检测自己的产品,极为严格的品控流程才能造就出高品质的产品。一汽-大众检测焊接内部强度的方法,一般分为“无损检验”和“破坏性检验”。

首先每周会随机抽取每个车系得白车身一部,然后首先对全车5000多个焊点进行超声波的无损检测,保证所有焊点的一致性得到保障。超声波无损检验的原理是将检测探头放到焊点上,发送超声波脉冲,然后再接受回波。大部分超声波到达钢与空气的临界面时会被反射回来,所以形成熔核的地方超声波会通过,然后在工件底部与空气临界处反射。通过回波的状态得出材料厚度,从而间接计算是否形成熔核;如果开焊或者焊点粘连都会反映在回波上。

超声波无损检测原理

为了进一步检测车辆是否合格,超声波检测合格的车辆,还要进行更加严苛的检测,即真正的破坏性试验---扁铲检测。为检测焊接牢固性,全车有数千个焊点,每一个焊点被铲开,从而确保所有焊点全部焊接牢固,成本极高。

扁铲检测

除了确保点焊的焊接质量外,焊接技术的升级对提高车体强度将会有更显著的效果。激光焊接是近十年来刚刚应用在国内车企的新型无缝焊接技术,实际上世纪八十年代德国大众就已经采用,而在国内一汽-大众是应用此项技术最早的车企之一,车身的整体激光焊接在国内也其看家本领。通过他们大量实车碰撞的试验表明,用激光焊接取代点焊、弧焊的车身,整体强度能提高50%。

激光焊接

听到激光焊接的名字,实际上可以猜测到其大概的工作原理。就是以激光为热源,使被焊接工件或填充材料熔化形成连接接头的焊接方法,一般又分为两种---激光钎焊和激光熔焊。区别是激光钎焊是用激光熔化填充材料,熔化的填充材料滴落到工件被连接部位形成金属熔池,熔化金属冷却后形成连接接头,在焊接过程中工件母材不熔化。

激光熔焊是用激光把接头部位的被焊工件熔化形成共同熔池,熔池中的金属冷却形成连接接头,焊接过程中不需填充材料。

同样检测激光焊接牢固性也是非常重要的。检测点焊的超声波无损检测同样可以用来检测激光钎焊,而用扁铲进行的破坏性检测则同用于激光熔焊。

扁铲破坏性检测激光熔焊焊缝

除了以上两种检测方法,一汽-大众还会对激光钎焊进行独有的金相检验。通过切割、镶嵌、磨抛、腐蚀等一系列的步骤制作成样本,并对样本进行显微镜观察分析。通过利用金相学方法检查金属材料的宏观形貌和显微组织,比如有无气孔或连接缺陷等问题,以此评价连接工艺质量的好坏。

金相检验的样品和显微成像

综上所述,如果想要提高车体的强度,除了材料和结构外最主要的方法就是提高焊接工艺。对于传统的点焊工艺,可以通过合理的安排焊点距离等方法提高工件的接口强度,并有严格的内部检测来监督焊接质量。激光焊接作为新兴的焊接技术,是点焊焊点强度的1.5倍。但由于技术较为复杂,整体设备价格昂贵,前期投入过大,只有少数像一汽-大众这样的企业才能承担并投入使用,并在其全系车型上得到广泛应用。

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