新能源电动汽车异种材料连接技术的挑战、趋势和进展

• 作者: Jacek Senkara 刘旭升 张宜生 李光瀛 李红 马鸣图
• 来源期刊: 材料导报
• 学科: 工学
• 关键词: 电动汽车 先进高强钢 铝合金 碳纤维复合材料 电池包 异种材料连接
• 年，卷（期）: 2019,（23）
• 所属期刊栏目: 材料与可持续发展(二)——材料绿色制造与加工
• 页码范围: 3853-3861,3881
• 页数: 10页
• 分类号: TG424
• 字数: 7748字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11896/cldb.19020049

摘要

多材料混合结构在车身上的应用可以实现汽车安全性、轻量化水平的共同提升,也是如今新能源汽车工业发展的一个主要方向.先进高强钢(Advanced high strength steel,AHSS)、铝合金、工程塑料以及碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)等作为轻质高强材料的代表已广泛应用于白车身、覆盖件以及复杂结构件的制造中.由于异种材料理化性能的差异,给连接技术带来了更大的挑战.对于铝合金与碳纤维增强复合材料的连接,采用普通的熔化焊接往往会使铝合金产生热影响区软化、气孔和热裂纹等缺陷以及CFRP纤维和基体部分烧损,而机械连接则会不可避免地造成腐蚀问题.同时,多材料组成的电池包壳体对连接技术也有很高的要求.因此,为了向新能源汽车提供多材料优化组合的轻量化车身结构,开发性能可靠、低成本、高效率的创新连接方法势在必行.胶接广泛应用于铝合金/先进高强钢、铝合金/碳纤维复合材料、AHSS/CFRP的连接,可以实现密封、紧固、防腐蚀的效果.自冲铆连接(Self-piercing riveting,SPR)相比于熔化焊更适合铝合金、AHSS与CFRP的连接,国外对其连接工艺和接头强度已有较为成熟的研究.固相焊适合于金属/非金属材料的连接,国内外对回填式搅拌摩擦点焊(Refil friction stir spot welding,RFSSW)和超声波点焊在连接铝合金/CFRP、AHSS/CFRP上进行了工艺的探索和设备的改进.激光复合焊和冷金属过渡焊(Cold metal transfer,CMT)是当下大部分汽车企业主要应用的连接技术,主要用于铝合金/AHSS的连接.对于电池包壳体的连接,目前主要是使用紧固件连接,同时对特定的材料采取激光焊进行密封.本文针对多种车身材料包括铝/CFRP、高强钢/CFRP、铝/高强钢的连接问题,详细介绍了胶接、自冲铆连接、搅拌摩擦点焊、超声波点焊、激光复合焊和冷金属过渡焊技术的应用和研究进展,讨论了连接工艺参数对接头性能和焊点失效模式的影响,论述了基于有限元分析的接头疲劳寿命预测的难点和研究现状,并简要分析了电池包箱体连接技术的研究进展.新能源电动汽车多材料混合应用推动了连接技术的进步,但仍然面临着基体损伤、界面失效、焊接周期长、设备昂贵和难以自动化等问题,还需要进行更为深入的理论和应用研究.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	张宜生	华中科技大学材料科学与工程学院	96	1026	17.0	27.0
2	李光瀛		14	56	5.0	7.0
3	马鸣图		62	1127	16.0	32.0
4	李红	北京工业大学材料科学与工程学院	68	381	10.0	17.0
5	刘旭升	北京工业大学材料科学与工程学院	1	5	1.0	1.0