超轻型汽车的发展速度越来越快

编者按:本文经国务院批准再版Txchnologist，一本追踪科技创新的数字杂志。

宝马在防守上下了很大的赌注它的新款i3电动城市汽车，这意味着把效率发挥到最大。该公司为i3设计了一个名为LifeDrive的超轻平台，它将一个由碳纤维增强塑料制成的乘用车电池与一个铝制的Drive模块结合在一起，后者可以承载电池、动力总成和结构碰撞保护。甚至连仪表板的支架都是用镁制成的，镁是另一种非常轻的材料。

宝马表示:“i3开发的每一步都受到了重量优化要求的影响。”

作为汽车制造商进入了一个新世界受全球更严格的燃油经济性和排放要求的限制，他们正在使用一切可以使用的手段来减轻汽车的重量，而这往往意味着像宝马工程师所做的那样——将两种轻量化结构结合在一起。博世汽车手册看看现代混合动力车的车身结构其中47%为高强度低合金钢，42%为标准钢，10%为铝，1%为塑料。

不幸的是,把这些零件连接起来不容易．例如，钢和铝就是英国人所说的“粉笔和奶酪”，这意味着它们就像石头和奶制品一样相容。当你想要在钢车身上安装轻型铝顶板时，这就是个问题。

这是粉笔和奶酪之间的桥梁

例如，本田公司(Honda)已经研究金属连接问题一段时间了。Gizmag在2012年报道虽然一些工程师已经成功地将钢和铝进行了点焊，但人们普遍认为，直接在这两种不同的金属之间实现可靠的连续焊接是不可能的。

该公司找到了一种解决方案，即使用旋转工具通过机械压力将钢和铝连接起来的搅拌摩擦焊。该系统于2012年发布，已经用于2013款雅阁。

现在杨百翰大学和橡树岭国家实验室的研究人员提出一种即时解决方案叫做摩擦钻头连接在超高强度钢和轻质铝之间形成了一种坚固的连接。它很可能很快就会用于实际应用。

冯志立是橡树岭材料加入组组长，一直与本田公司合作。他说，汽车公司正在“大力推动”找出如何让金属协同工作的方法。他解释说温度是关键。

他说:“钢与钢之间的焊接不是问题，因为连接在一起的两部分有相同的熔化温度。”但碳钢的液化温度(2600 - 2800华氏度)比铝(1220华氏度)高得多，所以两者不能很好地结合。焊缝的质量不太好——例如，开裂是一个大问题。这就是为什么我们需要一种不融化它们的方法。”

搅拌焊接是一种非常有用的工艺，冯说，事实上，他拥有一辆使用这种工艺的2013年产雅达。他说，这对于制作直线段的长焊缝很好，但对于将金属片与当今汽车中典型的复合曲线组合在一起就没有那么有用了。

杨百翰大学(Brigham Young)制造工程技术教授迈克尔•迈尔斯(Michael Miles)表示，钢和铝是耐点焊的。这在一定程度上是因为当铝不仅与钢连接，而且与其他轻金属如镁或钛连接时，会形成非常脆的金属间化合物。

迈尔斯说，汽车工业已经使用了自穿铆钉等技术，但这些技术不适用于超高强度钢，而超高强度钢是现代汽车减肥的关键部分。他表示:“汽车制造商正在努力解决关节的耐久性问题。”“你不能在铆钉周围形成材料。每个人都在努力。”

一种新方法

但迈尔斯断言，摩擦接合有点像现代炼金术。“我们已经做了大量的实验室测试，这种联系的强度非常高，”他说。

摩擦焊的工作原理是在两种被连接的金属之间插入一薄层钢。正如杨百翰大学的一篇论文所描述的那样，“一个可消耗的钻头穿过金属的上层，然后与下层进行摩擦焊接。然后钻头折断，留下一个法兰。”在一些钢和镁的连接测试中，“焊缝比镁合金更强，”文章说。

迈尔斯表示，杨百威还成功地与韩国的一家现代供应商合作，将铝轮毂与铸铁刹车转子连接在一起。当被问及其他可能的用途时，他指着一扇内嵌铝板的铁门。他表示:“摩擦钻头连接对于将非常坚硬的东西(如钢铁)与非常柔软的东西(如铝)粘接非常有利。”

冯说，这项新技术还有其他好处。他表示:“这不仅仅是将两种金属结合在一起，而是要更快、更便宜地生产。”

法拉利的458意大利车是由焊接、铆接、钣金螺钉甚至环氧树脂组合而成。是的，这个性感的意大利人的一部分是粘在一起的。但是，杨百翰大学的摩擦钻头过程的消息可能很快就会传来神圣的马拉内洛区．胶水已经在路上了。法拉利工程师帕特里齐奥·莫鲁奇告诉《大众机械》，“在未来，将有更多的焊接比焊接。”

宝马i3图片通过宝马美国