铝合金构件连接及与异种金属接触腐蚀类型
​李永志 赵俊淞 杨文平
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​李永志 赵俊淞 杨文平,. 铝合金构件连接及与异种金属接触腐蚀类型[J]. 冶金学报,2021.3. DOI:10.12721/ccn.2021.157014.
摘要:
从铝合金的铆接、焊接、粘接三个方面分析了铝合金间的连接,并对铝合金与异种金属接触腐蚀类型进行阐述。
关键词: 铝合金;车身;结构分析;铆接;腐蚀
DOI:10.12721/ccn.2021.157014
基金资助:

工业时代,焊接技术的地位越来越重要,其中铝合金焊接技术是最具发前景的焊接技术。选用铝合金车身不仅可以降低车身重量,还能减少能量消耗。目前城铁车由钢材和铝合金等轻质材料共同制造而成(即混合材料车身)。其中铝钢混合车身应用成为新的发展趋势,铝钢混合车身结构即是在传统钢结构车身骨架中将部分钢材件用铝合金轻质材料替代,以充分发挥铝合金板材在轻量化及吸能方面的优势。文章主要介绍了铝合金焊接技术中容易出现的问题,以及铝合金激光焊接技术的具体类别,希望对铝合金焊接领域的发展有所帮助。

1车身中铝合金间的连接

1.1铝合金间的铆接

铆接工艺的主要优势是动态疲劳强度和撞击能量吸收特性较高。动态疲劳强度即为连接质量,铆接连接区域没有集中应力,整个连接过程主要依靠设备保证,一般不受人员操作影响,连接质量能得到明显提高;撞击能量吸收特性是指铝合金材质本身固有特性(线膨胀率、延展性能),发生意外撞击时可通过自身的延展较好地吸收瞬间传来能量。铆接是每个连接点都使用铆钉固定,牢靠耐用,铆钉损坏可以较方便地替换。铆接可满足环保要求,铝合金铆接工艺因其结构特性(外漏铆钉),一般多用于内部结构连接。

1.1.1钻孔

(1)铆接件在钻孔前应按照定位基准,找正钻孔的准确位置。

(2)为保证钻孔的垂直度,在钻孔过程中,应尽量采用垂直钻套或钻模。

(3)钻孔时,应尽可能从厚度大,强度高的一面钻孔,同时使用木方等将薄零件支撑住。

(4)按零件上的预钻孔钻孔时,应先钻小孔,然后再将孔扩至最终尺寸。

(5)当铆接厚度大于15mm,孔径大于6mm,铆钉孔应采取绞刀进行绞孔。

(6)不允许铆钉孔有棱角、破边、裂纹。

(7)钻孔后,应用去毛刺工具去除孔边毛刺。

1.1.2拉六方孔(说明:圆形铆螺母不需拉六方孔)

(1)按照图纸要求选取同规格的拉铆枪芯,并将枪芯安装到风动拉铆工具上。

(2)安装套筒、调节螺母。

(3)调整套筒前端调节螺母,保证枪芯露出顶帽的距离大于被拉铆工件的板厚或壁厚。

(4)将拉铆枪芯伸入被拉制的圆孔内,调整拉铆枪与工件的位置到垂直后扣动扳机,六方孔拉制完成。

1.1.3拉铆螺母

(1)按照图纸要求选取同规格的拉铆枪芯,并将枪芯安装到铆螺母枪上。

(2)把铆螺母从螺母大端拧到铆螺母枪前端的螺柱上。拧到手工拧不动为止。

(3)将铆接螺母插入工件的孔内,调整铆枪与工件的相对位置成90度后用力压住铆枪,保证铆枪前端顶母与工件表面贴严。

(4)上气源,扣动扳机,铆螺母安装完成。

1.1.4检验

铆螺母安装后无松动,外露边缘符合下表所示技术条件(外露高度与铆螺母帽厚一致)。

1.2铝合金间的焊接

铝与铝之间的焊接在短短的50-60年里得到了迅速发展,并完善了焊接工艺技术。铝合金材料的线胀系数大(约为碳素钢的2倍),凝固时的体积收缩率较大,焊件的变形和应力较大;由于公司产品前后骨架造型弯管多、结构复杂,所承受载荷相对较小,故前、后围骨架采用铝型材焊接形式。铝合金弯梁连接时,焊接比铆接操作更方便,焊接时产生的热应力能有效抵消弯梁自身的部分内应力。铝合金焊接后焊缝表面具有波纹光滑的外表,阳极化处理后有较高的表面质量。铝合金焊接工艺与铆接工艺相比,减少了铆接时铆钉的使用量,利于车身的轻量化。

1.3铝合金间的粘接

车身侧围、顶盖蒙皮材料同样可采用铝合金材料,铝合金平板与铝合金车身之间的连接方式多为胶粘接,局部使用铆接辅助。在粘接时,将铝合金车身的粘接面用磨光机进行打磨操作,去除表面的氧化层,用干净的无纺布蘸取少量的活化剂沿同一个方向处理粘接车身表面和待粘铝板表面,将粘接胶均匀涂抹在铝车身表面(由于粘接胶易氧化、凝固,所以需要控制涂抹粘接胶的时间),然后将铝板涨拉粘贴在对应的铝车身上,并做夹紧处理;在粘接位置上相隔300mm处铆接一点(使用平头铆钉,避免造成铝板不平整)。此连接与铆接工艺相比其密封、隔音、隔热效果更好;与焊接工艺相比减少铝合金蒙皮的变形量,提高蒙皮表面的平整度,为后续的涂装工艺环节节约了成本。

2铝合金与钢之间的连接

因铝合金与钢材料特性差异较大,所以无法将其焊接在一起,根据现场实际工艺需求,铝车身与钢底架之间的连接采用混合链接。根据混合链接定义,将铝车身划分为铝合金车身骨架、底架(传统钢材质)、连接钢板三大块;连接钢板通过平头铆钉与铝合金车身骨架进行铆接,车身总拼时连接刚板与钢底架通过焊接进行连接,进而实现铝车身与钢底架的连接。混合材料的连接结构是集铆接工艺与焊接工艺于一身,不但保证了整车强度,还降低了生产成本,同时结构简单,操作方便。

3异种金属接触腐蚀的概念、腐蚀原理

3.1异种金属

异种金属,就是指不同化学成分,不同组织性能的两种或两种以上的金属。

3.1.2 异种金属接触

指不同化学成分,不同组织性能的两种或两种以上的金属,经焊接、搭接、安装等相互接触的结构关系。

3.1.3 接触腐蚀

两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀,又称接触腐蚀或双金属腐蚀。

车辆用异种金属接触面主要有铝合金、不锈钢、碳钢、铜质、经表面处理的金属件(如镀锌、电镀、达克罗等)间的相互接触。(达克罗—锌铬涂层,是以锌粉、铝粉、铬酸和去离子水为主要成分的新型防腐涂料)

3.2异种金属接触面的主要型式

3.2.1 与铝材接触的螺栓类

确认接触部位的铝材及其螺栓孔是否按要求进行防腐处理。如果没有处理,需要对该部位进行相应的防腐处理。

确认螺栓类是否进行防腐处理。如果螺栓类(螺栓、螺母、弹簧垫、平垫圈等)为不锈钢材质或者已经进行了镀铬、镀锌处理,或已经进行了涂装处理,则螺栓类不需要涂特种树脂涂料(如铬酸锌特种树脂底漆)处理。对其他材质的螺栓类,则需要对螺栓类该部位进行相应的防腐处理。

3.2.2 与铝材接触的螺丝

螺丝旋入到车厢内的铝材上时,不需要涂特种树脂涂料(如铬酸锌特种树脂底漆)。

在车外攻螺纹之后进行旋入时,要求对攻丝部位及螺丝进行相应的防腐处理。

3.2.3 与铝材接触的钢制部件安装

确认接触部位的铝材是否按要求进行防腐处理。如果没有处理,需要按照要求,对该部位进行相应的防腐处理。

确认部件安装表面是否进行了处理。如果安装部件已进行了喷涂、镀层,则不需要涂特种树脂涂料(如铬酸锌特种树脂底漆);如果安装部件没有涂装,要在与铝材接触的部分进行相应的防腐处理。

3.2.4 与铝材接触的不锈钢部件安装

确认接触部位的铝材是否按要求进行防腐处理。如果没有处理,需要对该部位进行相应的防腐处理。

确认不锈钢部件安装表面是否进行了处理。如果安装部件进行了喷涂,则不需要涂特种树脂涂料(如铬酸锌特种树脂底漆);如果安装部件没有喷涂时,要在与铝材接触的部分进行相应的防腐处理。

参考文献:

【1】尹庆方,刘义考.铝合金客车车身的焊接加工技术探析[J].现代制造技术及装备,2017,8.

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