不銹鋼材料在汽車上的應(yīng)用及其焊接性淺析

高偉龍

摘 要：不銹鋼材料是一類具有高化學(xué)穩(wěn)定性的合金鋼的總稱，因而常被應(yīng)用于對耐蝕性、抗氧化以及耐高溫等有特殊要求的零部件或者設(shè)備的制造中。截止目前，平均每臺汽車的不銹鋼材料用量已達20-30kg。未來，隨著汽車輕量化的發(fā)展以及對汽車防腐、耐高溫部件性能要求的不斷提升，采用不銹鋼材料制造的零部件種類還將不斷增多。基于此，本文對不銹鋼材料在汽車上的應(yīng)用及其焊接性進行研究。

關(guān)鍵詞：不銹鋼材料;汽車;焊接性

0 引言

不銹鋼材料由原始的板材、管材通過合適的工藝制成總成或者分體零部件的過程中，將不可避免地使用到各種焊接工藝方法，以實現(xiàn)不同構(gòu)件間的可靠連接。對于不銹鋼材料而言，較高的合金元素含量帶來的材料物理、化學(xué)屬性的變化，使得其材料焊接性、焊接工藝特點及要求與低碳鋼材料相比有著明顯的差異和區(qū)別?；诖?，本文對不銹鋼材料在汽車制造中的主要應(yīng)用情況進行了闡述，并對其材料焊接特點進行系統(tǒng)性分析。

1 不銹鋼材料概述

不銹鋼在汽車中的應(yīng)用已經(jīng)有很長的歷史，但是不銹鋼作為汽車輕量化材料應(yīng)用于汽車的結(jié)構(gòu)零件是最近幾年才開始研發(fā)的。一般認為，具有輕量化潛力的不銹鋼主要是高強度不銹鋼，比如ASI200和AIS300系列高強度奧氏體不銹鋼。目前，高性能的不銹鋼已經(jīng)用于制造汽車保險杠、前側(cè)防撞弓形梁、發(fā)動機支架、后擋板等汽車零部件。采用高性能不銹鋼可以使汽車零部件的質(zhì)量降低30%左右。但是，不銹鋼高昂的生產(chǎn)成本，嚴重制約了不銹鋼在汽車中的應(yīng)用。目前，降低不銹鋼的生產(chǎn)及使用成本主要有兩個途徑：一是開發(fā)價格低廉的不銹鋼材料;二是優(yōu)化不銹鋼汽車零部件的設(shè)計與加工工藝。

2 不銹鋼材料在汽車上的典型應(yīng)用

2.1 排氣系統(tǒng)用不銹鋼

隨著汽車發(fā)動機排氣溫度以及整車輕量化設(shè)計水平的不斷提升，為了滿足汽車排氣系統(tǒng)抗氯原子腐蝕以及耐高溫使用等相關(guān)要求，截止目前其選材、用材已基本實現(xiàn)由鑄鐵和鍍鋁鋼管等材料向不銹鋼材料的轉(zhuǎn)換。汽車排氣系統(tǒng)是當(dāng)前汽車生產(chǎn)中不銹鋼使用量最大的區(qū)域，約占其使用總量的50%以上。需要指出的是：汽車排氣系統(tǒng)用不銹鋼的80%以上為鐵素體不銹鋼。選擇鐵素體不銹鋼的原因在于其相比于奧氏體不銹鋼有著更好的耐高溫性能，與此同時由于其制造原材料中不含或者僅含有少量的貴金屬Ni，因而其還具有明顯的價格優(yōu)勢。

2.2 車身及車架用不銹鋼

鋁合金的密度在2.7g/cm3左右，約為鋼鐵材料的1/3。由于鋁合金具有密度小、質(zhì)輕強度高以及優(yōu)異的耐腐蝕性等特點，越來越多的被應(yīng)用于汽車車身部件。鋁合金的抗拉強度大，完全可以替代汽車車身的某些強度要求較低的鋼制外覆蓋件。溫度對鋁合金的塑性和成形性影響較大。為了避免鋁合金板料在成形過程中發(fā)生開裂、回彈、起皺以及疊料等缺陷，一般將板料或者模具加熱到一定溫度后進行沖壓，即溫?zé)岢尚?。根?jù)加熱溫度的不同，分為溫成形和熱成形。在傳統(tǒng)冷沖壓工藝技術(shù)上進行轉(zhuǎn)換升級，直接加熱鋁合金板材，技術(shù)實現(xiàn)簡便快捷;在設(shè)備方面，只需要增加鋁合金板料的加熱設(shè)備即可，設(shè)備投入較小。所以，直接加熱鋁合金板料的溫?zé)岢尚喂に囀悄壳霸阡X合金零部件試制研發(fā)階段采用的主要工藝。

2.3 燃油箱用不銹鋼

燃油箱作為汽車的一個核心安全與功能構(gòu)件，其制造材料不僅需要具備良好的力學(xué)性能、成形性、焊接性以及耐高低溫性外，還應(yīng)具備良好的耐燃油與耐外部環(huán)境腐蝕性。隨著汽車環(huán)境法規(guī)要求的不斷加嚴，燃油箱制造材料已實現(xiàn)從傳統(tǒng)的涂鍍普碳鋼、鍍鉛-錫鋼板向鍍鋁鋼、鍍鋅-錫鋼和不銹鋼材料的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，汽車燃油箱制造材料使用最多的為SUS340L不銹鋼材料?？紤]到SUS340L不銹鋼材料成本偏高且存在一定的應(yīng)力腐蝕開裂傾向，汽車燃油箱用低成本鐵素體不銹鋼材料的研發(fā)成為下一步重點開發(fā)的對象。

3 提高汽車用不銹鋼材料的焊接質(zhì)量的策略

3.1 做好焊接前準(zhǔn)備工作

在實際的焊接操作前需做好四方面的操作步驟：選用的保護氣體主要采用氬氣為主，其純度需控制在99.99%以上;焊接坡口實施加工與焊接組對（錯邊、間隙等）要求必須充分符合相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，比如內(nèi)側(cè)、外側(cè)及周邊壁坡25mm處需進行打磨，促使其呈現(xiàn)出金屬光澤即可。同時為了能夠充分控制焊接變形、應(yīng)力等，可采取U形坡口來實施焊接處理;在相應(yīng)焊接位置需放置溫濕度計，并且需針對焊接位置的濕度進行實時監(jiān)測，標(biāo)準(zhǔn)控制在≤85%范疇，并切實保障焊接過程中不會受到來自外界強濕氣的干擾;處于焊接場所要求切實做好相應(yīng)風(fēng)雨防護舉措，以此充分保障焊接工作的全程順利、穩(wěn)步進行。

3.2 焊接過程控制

在焊接過程中需要關(guān)注焊接的工藝和焊接溫度。首先，在焊接前要固定不銹鋼的邊角，保證焊接的精確性，在焊接完成后可以使用切割機將其切除，但要保證不能破壞母材原本的尺寸，切割后要使用酸性溶液清洗鈍化。其次，在焊接時要用小電流，高溫會破壞鋼材的耐腐蝕性。焊槍的擺動幅度小，能夠有效避免交叉焊縫的形成。焊槍可以使用大直徑噴嘴，在提高焊接速度的同時，加大保護氣體的噴出量，使焊縫處的焊接更加緊密，保護效果更明顯。再次，鋼材表面的焊接盡量一次完成，以保證焊縫的均勻細密，使其更加平整美觀。當(dāng)焊縫的溫度逐漸降低，但還未降至凝固點時，要用鋼絲刷洗掉焊接過程中氧化和飛濺的殘渣，確保焊縫表面的完整性。

4 結(jié)束語

近年來，伴隨著汽車輕量化、長壽命以及對用戶感知質(zhì)量要求的不斷提升，加之當(dāng)前對汽車排放法規(guī)要求的不斷加嚴，不銹鋼材料在我國汽車行業(yè)得到了較為快速的發(fā)展和應(yīng)用。不少業(yè)界人士認為：下一步汽車行業(yè)對不銹鋼材料的需求與用量還會進一步提升，特別是對一些在抗氧化性、耐腐蝕性、抗熱疲勞性、耐高溫性以及焊接與成形性等方面均有著良好表現(xiàn)的高性能不銹鋼材料的需求。因而，為了跟上這些高性能不銹鋼材料的在汽車上的快速開發(fā)與應(yīng)用步伐，下一步加大對汽車用先進不銹鋼材料連接技術(shù)的開發(fā)、沉淀與積累是十分必要和迫切的。

參考文獻：

[1]高溫用不銹鋼在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用[N].世界金屬導(dǎo)報，2019-07-09（B14）.

[2]楊莉.不銹鋼產(chǎn)業(yè)鏈2018年運行情況分析及2019年預(yù)測[J].經(jīng)濟師，2019（02）：286-287.

[3]尚成嘉.汽車排氣系統(tǒng)用鐵素體不銹鋼的研究進展[N].世界金屬導(dǎo)報，2018-08-28（B08）.