引言
为迎合轻量化的需求，蔚来ES8铝材的使用率已经超过95%，这种铝材也是车身使用率最高的类型。此外为了达到车身的刚度要求，ES8也综合运用了3系、5系等多种成分的板材、高精密压铸件等材料，结合车身的不同位置对于强度和美观性的要求，打破传统的车身工艺技术，实现了不同材料类型的焊接效果。ES8车身的连接以结构胶为重点，同时以SPR自冲铆接和FDS热熔冷连接方式为核心，并将铝点焊、CMT等作为辅助工艺技术同步应用。
1、铝点焊工艺规划
1.1 铝点焊概念及特点
铝点焊是电阻焊接的一种方式，其通过电流将焊件及其周围形成的电阻热作为热源，对工件进行加热处理，此外施加压力，促使工件与金属结合。由于铝合金的导热和导电性能较高，更容易和铜物质形成合金反应，电阻电焊便会在处理铝合金的连接期间遇到更大的困难，耗能较高，电极的失效率也较大，难以保证点焊的质量。钢铝性能对比数据具体见表1.
表1：铝合金与碳钢性能比较
由于铝合金和碳钢在性能方面存在差异，因此可将铝点焊的特征总结为下述方面：第一，其电阻率可达钢材的33%,焊接同等厚度的铝材需要的电流可达3-5倍，且铝合金的分流损失更为明显。第二，铝合金的导热性能较高，在焊接期间热损失也较大。铝材的焊接需要的电流更高，且时间较短。第三，铝合金的焊接形成温度范围小，点焊时间和电流上升的时间较短。第四，热膨胀系数较大，在脆性温度范围内更容易出现热裂纹的情况，铝点焊需要更大的压力和平面电极进行控制，避免出现变形的情况。第五，铝合金更容易出现合金化等情况，在实施氧化层的焊接期间，容易产生焊点气孔等问题。铝点焊中，铝和铜物质形成合金的几率较高，电极帽受到腐蚀的时间较短，需要持续修磨，同时保持电极的清洁度，从而达到预期的点焊质量。第六，连接的强度较低，通常会和结构胶联合使用。第七，不能与其他类型的材料连接，尤其是钢和铝物质。第八，难以实施钢点焊等的凿检，需通过人为的目测实施。结合铝点焊的特征，其更适合使用在薄板的连接操作中，对于具有匹配需求的安装零件更为适用，如具有具体外观要求的风窗零件安装等。
1.2铝点焊设计要求
与之前的焊接技术相比，铝点焊技术手段在产品设计环节，便对其结构提出了明确的要求。首先，需为铝材之间的连接。其次，产品结构需达到铝点焊的加工标准，具有充足的翻边和空间完成点焊操作。再次，搭接的总板厚度需在8mm以内，超过上述标准便容易产生虚焊等情况。最后，搭接的宽度需高于22mm，最小也需在18mm左右，板厚比需在2.5以内，避免焊核出现偏移的情况。
1.3铝点焊工艺规划
为保证铝点焊的实施效果，便需侧重关注准确选择设备的型号，并做好工装的规划、设备的选择主要为焊机、焊枪及修模器等的选择。工装规划主要为对工装进行防磁设计。铝点焊的实施需要使用功率较大的频变压器焊机，该设备可均衡正负极的磨损，增加电极的使用时间，避免出现焊核偏移等问题。参数可由预热、焊接和多脉冲焊接几部分构成。其中预热的主要目的是清除铝材的油污等，保证后续板材的接触效果，为电流的提高形成前提。焊接主要需击穿铝材的氧化层，此时的电流增加。多脉冲焊接需要更大的点流量，形成相对完整的焊点。选择焊枪时，需综合衡量设备的可达性等特征，需保证零件和运动的焊钳距离单边高于5mm。
在达到可达性的基础上，还需衡量可焊性因素。可倾向于选择c型的焊枪。由于铝点焊的压力较高，对铝焊枪的挠度要求也比钢焊枪高，中性误差需控制在0.5mm内。选择焊枪的压力需衡量搭接组合，板厚越高，电机也需越大。较高的焊接压力需使用铍铜电极杆等设备，较高的电流或电磁场力则需对枪体的绝缘性提出更高的要求。
图1：铝点焊焊枪
选择铝点焊的电极帽时，需注意铝点焊所使用的铜电极在形状等方面的差异性。铝点焊需要更大端面的电极帽，目前环形电极帽的设计较为有效，且具有更高的通用性特征，广泛应用于薄板、铸造铝等施工中。多环电极头可对铝表面的氧化物形成一定的破坏性影响，因此其能够提高焊接的强度。
铝合金的导热性能较强，因此在焊接期间便会形成较大的软化范围，直径较大的电极帽能够将铝合金的焊核和软化区域覆盖，这样便可明显降低裂纹等情况的发生几率。通过实验对比可知，小直径电极帽在焊接期间所形成的裂纹明显多于大直径的平头电极帽，且裂纹的长度也更长。
在铝合金的电阻电焊中，核心问题体现在电极使用时间较短。在焊接期间，受到中高压和高温的影响，电极帽的表面氧化速度加快，因此需科学选择电极帽的材料性质。一般来讲，铬锆铜的成本较低，且通用性较为理想，但在高温环境下软化的速度较快，因此更容易发生粘连情况。氧化铝铜的强度和软化温度均较高，焊接性能更为理想，不容易出现粘连的情况。铝点焊的电流较大，在焊接期间会形成更强的磁场，导致焊枪的稳定性下降。具体如图2.形成的涡流提高了夹具的温度，此外也会对焊枪的功率形成一定的负面影响。工装规划需使用无磁模具钢进行定位，使用不锈钢作为连接板等，传感器需具有一定的防磁效果。铝点焊的磁力与电流具有正比例关系，与距离成反比例。通过测定可知，当距离大于80mm后，其受力和工装的影响便会降低，因此便需要求在80mm内枪体使用无磁材料。
图2：铝点焊夹具
2、铝点焊质量评价及优化
2.1 铝点焊质量评价标准
可通过下述方面来对焊点的质量进行描述：物理或几何特征、强度和焊接期间工艺特征。几何特征主要指焊接的尺寸、压痕、孔洞、表面情况等，焊接的性能为拉伸和剥离强度，冲击强度或抗腐蚀性等。工艺特征主要为飞溅等。铝点焊的质量主要可从目视、超声波和剥离检测几种方式确定，其中目视主要针对焊点的数量、变形程度等方面进行实施。该过程的要求可总结为：
第一，焊点的数量方面：首先，针对漏焊点进行检测。目测实际焊点数量少于设计要求的部分。其次，多焊点检测。检查实际焊点数量高于设计要求的部分。再次，位置偏差。检查实际焊点与设计位置相差10mm以上的情况。最后，边缘焊。检查实际焊点位置明显的边缘变形等情况。
第二，焊点变形方面：重点检查焊点表面缺乏平整性的部分，如扭曲幅度高于15°，则焊点便可被视为扭曲，需经过调整焊接过程等进行改善。
第三，焊点裂纹：检查焊点表面或周围母材位置是否出现裂纹，如果存在，便需对焊接的过程进行调整从而进行改善。
表2：最小焊核尺寸要求（单位：mm）
第四，表面气孔及焊穿：不允许出现未通过放大设备可见的焊穿等情况。超声波检测便是技术人员使用超声波手段开展的焊点无损检测。结合设备显示的具体尺寸和焊接标准直径进行对比，由检测人员对焊接质量进行衡量。
板厚度和焊核尺寸具体要求见表2.在两层板焊接中， GMT是最薄的厚度板材，三层板焊接，最小的焊接尺寸看而依据搭接面的GMT决定。GMT1可作为板1及2的最小值，GMT2是板2和3的最小值。GMT可确定最小的焊接参数。具体可依据Dmin=4√TGMT公式进行确定。结构胶能够在铝车身的结构连接强度方面发挥关键的职能。为提高结构胶的覆盖范围。便需在所有连接位置使用结构胶，针对SPR/FDS等连接技术，结构胶对其连接的质量会产生较小的影响，而结构胶在实施点焊合期间，由于其不具有导电性，因此带胶点焊的难度较高，尤其在低温环境下更是如此。
可通过对结构胶的配方进行完善来优化其弹性模量，不但能够保证在2mm的厚度下仍然可达15MPa以上的；连接强度，同时还可在施工后暴露在空气中24h以上，仍然不会发生质量问题。通过对结构胶的配方进行优化，便可明显改善其流动性，在低温环境或者厚度为3mm+3mm等条件下仍然能够达到较为理想的焊接效果。
2.2铝点焊质量优化方案
铝点焊的缺点可总结为虚焊、焊点扭曲及裂纹等。对于不同的缺陷类型，需采取更有针对性地解决方法。焊核小等情况主要受到工装绝缘保护等因素的影响。焊接飞溅则由于焊接参数设置、结构胶排除等情况导致。焊点扭曲等的原因为焊接姿态及电极修模情况。可见，能够对焊接质量构成影响的因素为结构胶的流动性、参数设置的合理性等。
针对结构胶的延展性进行改善，可通过对其成分进行调整，加热结构胶和零件等方法实施。在实验环境下，如果室内温度高于10℃则无需加热，可通过施加压力来提高可焊接性。对三层单板进行涂胶，将其中两层板温度提高到45℃，便可具备焊接条件。如焊接的参数设置有误，则需通过现场实验来确定正确的参数。
3、结束语
在铝合金材质普及应用的背景下，其相应的焊接技术水平也在不断提高。本文主要对铝点焊的设备选择、工装设计等问题进行细化分析，同时介绍了铝点焊的质量标准级常见问题的处理方法。在不断深入研究的情况下，该项技术也会持续提高应用频率。
