不銹鋼材料在汽車上的應用及其焊接性淺析

高偉龍

摘 要：不銹鋼材料是一類具有高化學穩定性的合金鋼的總稱，因而常被應用于對耐蝕性、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?；诖?，本文對不銹鋼材料在汽車上的應用及其焊接性進行研究。

關鍵詞：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，以實現不同構件間的可靠連接。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別?；诖?，本文對不銹鋼材料在汽車制造中的主要應用情況進行了闡述，并對其材料焊接特點進行系統性分析。

1 不銹鋼材料概述

不銹鋼在汽車中的應用已經有很長的歷史，但是不銹鋼作為汽車輕量化材料應用于汽車的結構零件是最近幾年才開始研發的。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用于制造汽車保險杠、前側防撞弓形梁、發動機支架、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量降低30%左右。但是，不銹鋼高昂的生產成本，嚴重制約了不銹鋼在汽車中的應用。目前，降低不銹鋼的生產及使用成本主要有兩個途徑：一是開發價格低廉的不銹鋼材料;二是優化不銹鋼汽車零部件的設計與加工工藝。

2 不銹鋼材料在汽車上的典型應用

2.1 排氣系統用不銹鋼

隨著汽車發動機排氣溫度以及整車輕量化設計水平的不斷提升，為了滿足汽車排氣系統抗氯原子腐蝕以及耐高溫使用等相關要求，截止目前其選材、用材已基本實現由鑄鐵和鍍鋁鋼管等材料向不銹鋼材料的轉換。汽車排氣系統是當前汽車生產中不銹鋼使用量最大的區域，約占其使用總量的50%以上。需要指出的是：汽車排氣系統用不銹鋼的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、質輕強度高以及優異的耐腐蝕性等特點，越來越多的被應用于汽車車身部件。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，即溫熱成形。根據加熱溫度的不同，分為溫成形和熱成形。在傳統冷沖壓工藝技術上進行轉換升級，直接加熱鋁合金板材，技術實現簡便快捷;在設備方面，只需要增加鋁合金板料的加熱設備即可，設備投入較小。所以，直接加熱鋁合金板料的溫熱成形工藝是目前在鋁合金零部件試制研發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件，其制造材料不僅需要具備良好的力學性能、成形性、焊接性以及耐高低溫性外，還應具備良好的耐燃油與耐外部環境腐蝕性。隨著汽車環境法規要求的不斷加嚴，燃油箱制造材料已實現從傳統的涂鍍普碳鋼、鍍鉛-錫鋼板向鍍鋁鋼、鍍鋅-錫鋼和不銹鋼材料的轉變。當前，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成為下一步重點開發的對象。

3 提高汽車用不銹鋼材料的焊接質量的策略

3.1 做好焊接前準備工作

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的質量標準，比如內側、外側及周邊壁坡25mm處需進行打磨，促使其呈現出金屬光澤即可。同時為了能夠充分控制焊接變形、應力等，可采取U形坡口來實施焊接處理;在相應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測，標準控制在≤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風雨防護舉措，以此充分保障焊接工作的全程順利、穩步進行。

3.2 焊接過程控制

在焊接過程中需要關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 結束語

近年來，伴隨著汽車輕量化、長壽命以及對用戶感知質量要求的不斷提升，加之當前對汽車排放法規要求的不斷加嚴，不銹鋼材料在我國汽車行業得到了較為快速的發展和應用。不少業界人士認為：下一步汽車行業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與應用步伐，下一步加大對汽車用先進不銹鋼材料連接技術的開發、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域的應用[N].世界金屬導報，2019-07-09（B14）.

[2]楊莉.不銹鋼產業鏈2018年運行情況分析及2019年預測[J].經濟師，2019（02）：286-287.

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