目前位置: 首頁 > 最新消息
:::

最新消息

異質材料汽車零組件接合技術 [趨勢新知]
種類:其他公告  發布單位:技術處  發布日期:2021-10-27 15:10
作者:蕭瑞聖/工研院

一、藉由材料置換達成汽車零組件輕量化

全球汽車總數已超過10億輛,汽車仍消耗大量石化能源,汽車除具備相當強度與使用壽命外,還需滿足性能、外觀、安全、價格、環保、節能等方面的需求,汽車之中鋼鐵材料占80%,鋁合金占3%,橡膠/塑膠或樹脂材料4%,石油危機以來,因應節能減碳議題,輕質材料受到車廠重視與導入使用。各國政府皆規範逐年降低車輛二氧化碳排放量,以減少對環境影響,包括歐盟、美國、中國大陸、日本等。歐盟規定2015年行駛每公里排放二氧化碳130g,2021年汽車行駛每公里排碳量須較2007年排碳量減少40%,即每公里排放二氧化碳95公克。美國規範之小客車行駛每公里排碳量將在2024年低於歐盟2021年規範標準,其中日本為汽車節能實行先驅。

二、何謂異質材料接合?

所謂異質材料接合係指不同特性材料的連結,汽車零組件通常有3種接合方式,如表1所示,計有冶金接合、機械接合與化學接合等方式。各種接合方式各有優缺點,目前常見的接合方式是板金點焊的方式,雖然生產性能較佳且製造成本低廉,但也容易導致零組件應力集中,隨著輕量化替代材料的導入應用,未必是最佳的接合方式。例如高張力鋼板與鋁合金的接合,加壓與通過的焊接電流不同,再者,鋼板與橡塑膠等樹脂材料的融點不同,接合的方式也與金屬跟非金屬的接合條件不同,即使是不同金屬材料都可能衍生金屬間化合物,影響到零組件的接合或耐用強度,開發異質材料接合技術變得非常重要。

三、異質材料接合技術與應用實例

(一)自沖鉚接合

自沖鉚接合是應用於接合兩種或兩種以上金屬板材的常溫接合技術,特製鉚釘穿透頂層板材後,在鉚模作用下鉚釘的中空結構擴張,刺入但不貫穿底層板材,從而形成牢固的鉚接點,鉚釘在外力作用下,藉由穿透第一層材料與中間層材料,並在底層材料中進行流動延展,形成相互鑲嵌的永久塑性變形的鉚釘接合過程,接合之後一側較為平整,另一側凸起一個圓柱。

(二)轉自攻螺接

旋轉自攻螺接技術是透過高速旋轉,使板材熱變形後攻絲鉚接的常溫成型技術,旋轉自攻螺接的優點是應用於單面接合,使薄板材與小孔洞接合成為可能,多應用於無法順利完成的車身板金鉚接零組件(如接合空間小等結構件等),可接合異質材料,旋轉自攻螺接的限制是接合點需要較高的剛性支撑,因螺釘可拆卸,車身長期使用可能存在脫落問題,造成强度不足,通常只應用於少部分特殊位置的薄板材接合,主要應用於前艙、門檻與行李箱隔板等部位零組件接合。

(三)攪拌接合

摩擦攪拌接合是一項新的接合製程技術,最初由英國銲接研究所(The Welding Institute , TWI)於1991年所發展出來的新式銲接方式,有別於傳統銲接,摩擦攪拌銲接方法係一種固相接合製程,可形成無缺陷的高接合品質,相較於一般熔融銲接可得到良好的機械性質。基於上述原因,摩擦攪拌接合最初是應用於傳統銲接方式難以接合的鋁合金材料如7075、2024等,近年來摩擦攪拌接合製程已被廣泛地應用在其它輕金屬與其合金的接合技術應用。摩擦攪拌接合以機械轉動摩擦產生熱能,攪拌頭材質硬、深入欲接合的兩工件中強力轉動摩擦、待材質軟化(塑性變形)後,緩慢移動並持續轉動摩擦攪拌,最後取出攪拌頭達成接合狀態。

(四)冷金屬過渡技術

冷金屬過渡技術,由於其熱輸入量較普通的氣護金屬電銲(Gas Metal Arc Welding, GMAW)要低得多,因而命名為Cold,屬於弧焊的一種,主要用於處理薄板、鋼鋁混合焊接等,諸如熔化極惰性氣體保護焊(Metal Inert-Gas Welding, MIG)/熔化極活性氣體保護電弧焊(Metal Active-Gas Welding, MAG)解決不了的問題。

四、結論

近年來臺灣汽車零組件廠商致力於輕量化材料開發應用,積極精進橡塑膠、複合材料或輕質合金研發與加工技術,已累積許多材料替代實績與製造經驗,針對綠色能源車輛輕量化發展趨勢,廠商仍有下列幾項值得關注的課題:

1.因應汽車輕量化發展趨勢,異種材料或複合材料使用機會逐年增加,臺灣廠商擅長少量多樣彈性製造優勢,製造品質優異,宜針對異種材料的連接技術擴大應用,如鋁合金—鋼鐵材料(鋼板)、複合材料(如碳纖維)與金屬材料連接研發或製程改善,尋求輕量汽車零組件價格差異化,提升產品附加價值。

2.節能減碳議題發酵,非鐵金屬材料、橡塑膠材料、複合材料與輕質合金使用比例逐年增加,廠商宜開發先進製造技術(例如車燈外殼與底座的以雷射焊接取代傳統的膠合方式等),減少材料使用量,或改善零組件強度。

3.臺灣廠商進入領導車廠供應鏈多以汽車零組件散件為主,宜朝功能系統或模組化零組件發展,可適度減少材料過度設計,精簡材料應用,強化零組件共用特性,有效減少零組件數量與降低成本,改善獲利。

點閱數52
更新日期:2020-04-28

回上一頁 回首頁