隨著國外輕量化白車身的發展，白車身的用材由鋼板應用階段逐步發展到多材料混合應用階段。本文以奧迪品牌的白車身發展進程為例，歸納了其白車身用材演化的四個階段，分析了典型歐系、美系和日系車型白車身用材發展現狀及用材趨勢。

伴隨著輕量化白車身的發展，其相應的多材料連接技術也隨之發展迅速。針對四個白車身發展階段，列舉了目前9種常用的多材料連接技術，也對應規劃為4個不同階段，分析了每個階段進程的多材料連接技術的適用范圍與優劣勢。

1 國外輕量化車身發展過程

縱觀國外白車身的發展趨勢，奧迪公司的白車身發展趨勢極具代表性，到目前為止，其白車身的發展過程可分為四個階段：

第一階段：鋁合金覆蓋件開發階段

這個階段主要是為了增加材料強度級別，熱成形鋼逐步用于車身，還有少量鋁合金覆蓋件的應用。典型的車型代表為奧迪A3車型（見圖1）。

零部件用材方面，機蓋、翼子板使用鋁合金材質（3.2%），后座椅橫梁、中通道、A柱、B柱、機艙縱梁后段、前圍下板、后地板橫梁和后地板縱梁等位置采用熱成形鋼（21.7%）。

第二階段：鋁合金外覆蓋件成熟應用階段

這一階段，外覆蓋件大量采用鋁合金，鋁合金覆蓋件比重顯著增加，熱成形鋼比重相對減少，典型的車型代表是奧迪A6車型（見圖2）。

零部件用材方面，機蓋、前后車門、翼子板、行李箱蓋板、頂蓋和前后防撞梁（鋁型材）應用鋁合金。鋁合金用量較第一階段增加至18%，中通道、座椅橫梁、A柱和B柱等位置保留熱成形鋼，熱成形鋼的用量比例減少至11.3%。

第三階段：全鋁車身開發應用階段

這個階段，車身外覆蓋件全部應用鋁合金（鋁板材）、鋁型材和鑄鋁開始應用到車身結構件，輕量化效果顯著，與此同時，高強鋼和軟鋼板的用量急劇減少，典型的車型代表是奧迪TT車型（見圖3）。

零部件用材方面，增加了A柱、C柱、側圍和頂蓋橫梁等位置的鋁合金，鋁合金用量由18%增加到35.8%，中通道、座椅橫梁采用熱成形鋼，軟鋼應用量由35.2%下降到5.3%。

第四階段：多材料混合應用階段

這一階段以鋁合金為主要車身材料，鋁型材和鑄鋁件大量應用到車身結構件。高強鋼、軟鋼和碳纖維為輔助用材，典型的車型代表是奧迪Q7車型（見圖4）。

零部件用材方面，地板、前縱梁等位置應用鋁合金，鋁合金用量較上一階段由35.8%增加到49.9%，中通道采用的是鋁板和熱成形鋼的混合結構，熱成形鋼的用量減少至9.2%。

2 車身用材比較及發展趨勢

以上四款車型的白車身用材比例如表1所示。

分析奧迪用材趨勢如下：

鋁合金用量上升趨勢明顯（3.2%→18.0%→35.8%→49.9%）；

熱成形鋼整體用量呈下降趨勢（21.7%→11.3%→14.3%→9.2%）；

軟鋼用量下降趨勢明顯（35.2%→29.1%→5.3%→10.3%）。

除歐系的奧迪車型外，美系福特和日系車的用材比例如表2、表3所示。

表2中，福特focus、福特fusion、福特transit和福特mustang處于奧迪輕量化白車身第一階段用材水平，且只有福特mustang的機蓋、翼子板應用鋁合金（4%），福特F150處于奧迪輕量化白車身第三階段用材水平，車身結構件和覆蓋件大量應用鋁合金。

表3中的5款日系車型均處于奧迪輕量化白車身第一階段用材水平。在日系車型中，只有對輕量化要求較高的跑車、電動車及部分高端車中少量應用鋁合金（2%～10%），主要應用在防撞梁、機蓋和翼子板三個部位。

3 車身多材料連接技術

四個白車身發展階段，每個階段都有與之相應的多材料連接技術，表4列舉了不同的白車身發展階段與之對應的多材料連接技術與主要應用部位。

針對四個階段輕量化白車身的用材，圖5共歸納了目前最流行的9種白車身多材料連接技術。

根據奧迪車身發展的四個階段，所對應的四個多材料連接技術發展階段如下：

第一階段應用的連接技術主要是無鉚連接和鎖鉚連接（SPR）。無鉚連接適合于不同金屬材料及不同厚度連接，過程簡單，一步完成且不需要預先打孔，能耗低，但連接強度略低。鎖鉚連接（SPR）具有很高的動態疲勞強度（約為焊點的2倍），碰撞吸收的能量較焊點高，鉚接材料組合廣泛，不過鉚釘增加了車身自重。

第二階段應用的連接技術主要是自攻螺絲（FDS）、激光焊接和鉚接螺母螺柱。自攻螺絲（FDS）機械強度高，動態連接強度高，單面連接，可與折邊膠結合使用，拆卸更換螺絲方便；劣勢是防腐蝕能力降低，增加了車身自重，可能會產生金屬飛屑誤傷工人。激光焊接速度快，焊點排布方式更靈活，焊點寬深比大，變形小；缺點是異種材料不可直接焊接，需焊部位務必非常精確，需在激光束的聚焦范圍內。鉚接螺母螺柱可集成在沖壓模具中，減少工序，靜態和動態載荷高，對涂層無損傷，適用板材范圍廣，鉚點可以防液、防氣，防止腐蝕，成品也容易檢驗；劣勢是一次性投資大，連接高強度鋼板時需預先開孔，工藝繁瑣。

第三階段應用的連接技術主要是MIG焊和鋁合金點焊。MIG焊主要應用在A柱、B柱、頂蓋橫梁、消聲器和減振塔等部位，優點是擁有更優的保護氣氛、焊絲無焊渣，可焊接鋁合金，但成本較高，操作難度大，細微缺陷都會造成嚴重的不良率。鋁合金點焊主要應用于白車身及外覆蓋件，優勢是生產一致性高，表面質量高，變形小；缺點是需對原有鋼產線進行大幅度改造，設備投入高，因此目前主機廠應用少，借鑒點少。

第四階段應用的連接技術主要有摩擦塞鉚焊（Friction Elment Welding FEW）和Δα—SPR鎖鉚連接。摩擦塞鉚焊可以解決鋁合金與高強鋼、熱成形鋼之間的連接，且不需預先開孔，可以和膠混合使用，缺點是需要額外的緊固件，增加了自重，另外頭部凸起2.5?mm需預防干涉，潮濕環境還需要在頭部一側增加PVC密封膠。Δα—SPR鎖鉚連接解決了碳纖維和鋁合金膨脹系數不同在涂裝過程中導致的鉚點損壞問題，不過僅適用于膨脹率相差較大的材料連接。

4 結論

輕量化白車身方面，以奧迪為代表的白車身的發展與用材可歸納為四個階段：鋁合金覆蓋件開發階段、鋁合金外覆蓋件成熟應用階段、全鋁車身開發應用階段和多材料混合應用階段，總體趨勢為鋁合金應用量上升，軟鋼及熱成形鋼的應用量相應下降，材料應用趨于多樣化，白車身重量逐步下降。國外白車身技術發展的進程中，德系車身用材較為激進，美系車身用材略顯中庸，日系車型用材較為滯后。

車身多材料連接技術方面，針對輕量化白車身的四個發展階段，多材料連接技術可對應規劃為四個應用階段，以適應不同階段輕量化白車身的研發與生產；根據不同主機廠其白車身的用材發展現狀，可對應規劃并投入其對應階段的多材料連接技術。多材料連接技術的應用階段越高，其工藝應用越不成熟，尚需探索和改進。

作者：長城汽車股份有限公司技術中心 / 河北省汽車工程技術研究中心，李雙一、趙偉奇、王 光   

來源：AI汽車制造業