为了达到联邦规定的燃油经济性标准，汽车制造商必须大幅降低车辆重量。因此，工程师们越来越多地使用铝来制造车身面板、发动机部件和结构部件。

随着汽车制造商推出各种较轻的重量型号，预计汽车的铝使用率将翻倍。事实上，Alcoa和Novelis最近投入了10亿美元的美国植物来大规模生产汽车行业的铝板。该材料提供了钢材的许多优点。例如，一公斤铝可以取代两千克钢。

铝是耐腐蚀性的，并提供优异的强度和低质量的混合，可以帮助改善燃油经济性。用铝部件制造的车辆也可以比其更重的同行更快地加速和制动。

技术涓涓细流

传统上，汽车行业只在高端汽车上使用铝，比如奥迪A8、捷豹XJR和特斯拉Model s。但是，这项技术正开始逐渐应用到轿车和卡车等更传统的汽车上。

上个月的北美国际汽车展在底特律的一颗星星之一是Ford的新F-150皮卡。它拥有全铝体，包括门，罩，侧板，装载床和后挡板，刮胡子700磅。

F-150是第一辆使用大量铝的大容量汽车。福特在一个月内组装的这款受欢迎的皮卡的数量相当于所有其他铝制车身汽车的年销量总和。与传统的钢皮卡上的7000个点焊相比，铝车身采用了结构粘合剂和4000个铆钉连接。

虽然铝继续进入汽车行业，但钢铁不会逐渐消失。几十年来，它将继续成为底特律的重要材料。事实上，福特工程师在新的F-150帧中使用高强度钢的增加，从23％到77％，以改善刚度和耐用性，同时减轻体重。

传统上，铝车已经组装了结构粘合剂和铆钉。由于较高的生产量阻碍了粘合剂使用，汽车制造商依靠自刺穿铆钉加入铝制身体部位。

然而，铆钉会增加成本，而且铆接枪的接头配置范围有限。虽然这种方法可以用于低强度钢与铝的连接，但不适用于铝与超高强度钢的连接。

新加入方法

汽车制造商和部件供应商专注于使用除传统电阻点焊之外的工具和技术的新方法，易于变化。本田汽车公司的工程师最近开发了一种使用摩擦搅拌焊接加入铝和钢的新型连续工艺。

该技术通过在铝的顶部移动旋转工具在铝的顶部上移动旋转工具，在钢板上覆盖高压，该技术通过高压覆盖钢板之间的稳定金属粘合。结果，焊接强度优于传统的金属惰性气体（MIG）焊接。

本田发言人Ron Lietzke说:“与传统的钢副车架相比，这项新技术可以减轻25%的重量，从而有助于提高燃油经济性。”“此外，焊接过程中的电力消耗减少了约50%。”

本田的工程师们还开发了一种新方法，将焊接技术应用到大规模生产的车辆上，比如雅阁轿车。传统搅拌摩擦焊接需要大型设备，而新型连续焊接系统依靠六轴机器人。此外，本田开发了一种无损检测系统，使用高灵敏度红外摄像机和激光束，可以对每个单元进行在线检测。

通用汽车的工程师也一直在试验焊接铝的新方法。他们的电阻点焊工艺使用了一种专利的多环圆顶焊条，这种焊条在焊接铝材和铝材时是不可靠的。通过使用这一工艺，通用汽车预计将减少铝制车身部件(如发动机罩、电梯门和车门)上近两磅的铆钉。

通用汽车首席技术官兼全球研发副总裁乔恩•劳克纳表示:“以如此坚固的方式焊接铝制车身结构和闭包的能力，(给了我们)独特的制造优势。”

laukner补充说:“这项新技术解决了铝点焊的长期问题，所有制造商几十年来都是通过点焊将钢部件焊接在一起的。”“未来几年，随着我们在汽车、卡车和跨界车中增加铝的使用，铝的重要性将会增加。”

点焊使用两个相对的电极钳将金属片压缩并熔合在一起，利用电流产生强烈的热量形成焊缝。该工艺成本低、快速可靠，但迄今为止，在当今的制造环境下，不适合在铝上使用。

根据laukner的说法，通用汽车的新型电阻点焊工艺适用于薄板、挤压和铸造铝，因为多环圆顶电极头会破坏铝表面的氧化物，从而使焊接更牢固。

通用汽车已经在凯迪拉克CTS-V的引擎盖、雪佛兰太浩(Tahoe)和GMC育空(Yukon)的电梯门上使用了这种装配工艺。铝焊接也在新款雪佛兰克尔维特Stingray中发挥了关键作用。事实上，通用汽车投资了5000多万美元来升级博林格林装配厂的车身。

“新的焊接工艺使我们能够使框架更轻、更坚固，”工厂经理戴夫·塔特曼(Dave Tatman)说。“它比上一代的车架轻了99磅，强度提高了57%，因此底盘非常坚固，这款敞篷车不需要结构加固。”

这也是克尔维特历史上最复杂的车架设计，主轨由五个定制铝段组成，包括两端的铝型材，中心主轨部分和悬挂界面的空心铸造节点，所有这些都有不同的厚度。

根据Blair Carlson，通用汽车制造系统研究实验室小组经理，铝电阻点焊是连接铝到铝的一个有效的方法，在有双面接头的地方。他指出:“在新框架上使用的厚达4毫米的材料尤其有效。”

该工艺用于克尔维特的铝结构隧道组件和各种组件的干线附件。它也用于焊接铝型材，压铸件和铝板金属。在克尔维特Stingray跑车上有439个铝电阻点焊。

激光焊接用于框架的隧道组件，以附加板铝关闭面板到隧道结构。Carlson说:“当只有单面焊接可用时，该工艺可以快速连续焊接。”Bowling Green工厂有两个机器人激光焊接站，其中一个有一对机器人，另一个只有一个机器人。

Brigham Young University的一支工程师团队最近开发了一种新的铝和超高强度钢之间的强大纽带。摩擦钻头加入过程使用小型消耗位来创建固态接头。它可以通过在两种金属之间插入薄的钢层来加入轻质铝，通过在两个金属之间插入薄层，这有利于粘合。

制造工程技术教授迈克尔·迈尔斯(Michael Miles)表示:“我们的工艺可以帮助将钢和轻金属结合在同一车架上，这使工程师在设计最佳结构时具有更大的灵活性。”迈尔斯与麦格斯提尔技术公司(MegaStir Technologies)和橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)共同开发了这一工艺。

摩擦钻头连接应用领域包括需要将超高强度钢与轻金属连接的车架区域。迈尔斯说:“例如，汽车制造商可能想用铝做车顶，同时用超高强度钢做连接车顶的车架a和B柱。”“另一个例子是在车门的内部部件上使用了较轻的金属。”