Склеивание алюминия при сборке автомобилей

May 08, 2023

За последнее десятилетие среднее количество алюминия в легковых автомобилях удвоилось. Судя по последним разработкам, эта тенденция сохранится и в ближайшие годы.

Однако перейти со стали на алюминий непросто. Например, алюминий на 50 процентов легче стали, но его средний модуль упругости составляет 70 гигапаскалей, а у стали — 207 гигапаскалей. В результате алюминиевые детали обычно на 40 процентов толще, чем их стальные аналоги.

Алюминиевые сплавы нелегко сваривать точечной сваркой. Они имеют низкое электрическое сопротивление, стабильный и непроводящий оксидный слой и склонность к взаимодействию с электродами. Кроме того, тепло от процесса сварки может ослабить детали, особенно их усталостную прочность.

Вместо сварки автопроизводители все чаще используют для сборки конструкционные клеи, либо отдельно, либо в сочетании с механическими крепежами. Например, белый кузов купе Mercedes S-Class имеет более 100 метров структурных склеек, а BMW 7 серии содержит более 10 килограммов структурного клея.

Помимо структурных применений, автопроизводители используют клеи и в других сферах кузовного ремонта. Антифлаттерные клеи уменьшают вибрацию между внешней и внутренней панелями кузова. Такие клеи обычно используются на горизонтальных панелях, таких как капот, крышка багажника и крыша. Клеи также используются для соединения и герметизации кромок фланцев на дверях, капотах и ​​задних дверях.

Клеи обладают значительными преимуществами по сравнению с другими методами соединения. Клеевое соединение не мешает металлургии алюминия и не создает термически или механически ослабленных зон. Напряжение распределяется равномерно по всей зоне склеивания, что увеличивает статическую и динамическую жесткость конструкции автомобиля. Поскольку конструкция кузова более жесткая, моды резонансной частоты будут выше, а демпфирование конструкции будет быстрее. В результате автомобиль будет иметь лучшие характеристики шума, вибрации и жесткости. При использовании в сочетании с другими методами соединения клеи улучшают ударопрочность и усталостную прочность. Клеи также позволяют соединять разнородные материалы и, изолируя разные металлы, защищают от гальванической коррозии.

Эстетичность – еще одно преимущество клеевого соединения. Здесь нет видимых сварных швов или головок заклепок, поэтому клеевое соединение может свести к минимуму или исключить вторичные операции, такие как шлифовка и полировка. Еще одним преимуществом является заполнение пробелов. Клеи могут заполнить большие зазоры между панелями и улучшить общий внешний вид сборки. Во многих случаях операции соединения и герметизации можно совмещать.

Клеевое соединение имеет и некоторые недостатки. Среди наиболее значимых – долговечность клеевых соединений при воздействии суровых условий окружающей среды. Другая проблема заключается в том, что подложки, возможно, придется предварительно обработать для достижения прочных и долговечных связей, особенно со алюминиевыми сплавами. Как и сварные соединения, склеенные конструкции нелегко разобрать для ремонта. И во многих случаях соединение может потребоваться поддерживать до тех пор, пока клей не затвердеет, что может замедлить производство. Это одна из причин, почему конструкционные клеи обычно используются в сочетании с другими методами соединения, такими как клепка.

Клеи можно использовать на алюминиевых листах, экструзиях и отливках. Независимо от формы, алюминиевую поверхность необходимо обработать следующим образом:

Удаление слабого пограничного слоя особенно важно. Этот слой образуется в межфазной области клеевого соединения, что приводит к разрушению соединения при более низких нагрузках, чем ожидалось. Этот слой включает оксиды и загрязнения, такие как смазочные материалы, образующиеся в результате различных производственных процессов. Подготовка поверхности, скорее всего, не удалит это загрязнение полностью, но позволит получить поверхность, которая будет меньше подвержена слабости сцепления.

Для производства алюминиевых листов алюминий подвергается процессу прокатки, как горячей, так и холодной. Смазочные материалы применяются для разделения роликов и заготовки. Это сводит к минимуму трение и снижает риск повреждения поверхности листа. Смазочные материалы обычно имеют парафиновую основу и улетучиваются во время отжига или естественного испарения. Однако прокатанная поверхность все же может иметь определенную степень загрязнения, которую необходимо удалить обезжириванием.