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概述：“連接”在材料成型中有著非常重要的地位。連接部位一般都是結構的薄弱環節，且影響複合材料連接強度的因素要比金屬複雜得多。隨著汽車輕量化發展的深入，高強鋼、鋁合金、特種塑料等複合材料的連接成了制約汽車輕量化的瓶頸。材料連接方式主要包括焊接、機械連接和膠接，傳統應用中焊接佔到90%的市場，複合材料連接的發展催生了自衝鉚接、無鉚鉚接等先進複合材料連接技術的發展。本文介紹了焊接、機械連接和膠接的基本原理和主要分類，複合材料、輕量化材料連接方式及行業發展情況。
第一章材料連接方式概述
一、三類材料連接方式
（一）焊接
材料連接方式主要包括焊接、機械連接和膠接，傳統應用中焊接佔到90%的市場。焊接是指兩個或兩個以上的零件（同種或異種材料），用或不用填充材料，通過局部加熱或加壓達到原子間的結合，造成永久性連接的工藝過程。
圖 焊接分類
一般都根據熱源的性質、形成接頭的狀態及是否採用加壓來劃分焊接。
- 熔化焊：將焊件接頭加熱至熔化狀態，不加壓力完成焊接的方法。它包括氣焊、電弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、等離子弧焊、堆焊和鋁熱焊等。
- 壓焊：通過對焊件施加壓力（加熱或不加熱）來完成焊接的方法。它包括爆炸焊、冷壓焊、摩擦焊、擴散焊、超聲波焊、高頻焊和電阻焊等。
- 釺焊：採用比母材熔點低的金屬材料作釺料，在加熱溫度高於釺料低於母材熔點的情況下，利用液態釺料潤溼母材，填充接頭間隙，並與母材相互擴散實現連接焊件的方法。它包括硬釺焊、軟釺焊等。
（二）機械連接
機械連接工藝指利用緊固件將零件連接起來的，如鉚接、螺紋連接、銷、鏈等。
1、螺栓連接
螺栓連接是通過螺栓這種緊固件把連接件連接成為一體。螺栓連接分普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。優點：施工工藝簡單、安裝方便，特別適用於工地安裝連接，也便於拆卸，適用於需要裝拆結構和臨時性連接。缺點：需要在板件上開孔和拼裝時對孔，增加製造工作量，且對製造的精度要求較高；螺栓孔還使構件截面削弱，且被連接件常需相互搭接或增設輔助連接板（或角鋼），因而構造較繁且多費鋼材。
2、鉚釘連接
鉚釘連接是將一端帶有半圓形預製釘頭的鉚釘，將釘杆燒紅後迅速插入連接件的釘孔中，然後用鉚釘槍將另一端也打成鉚釘頭，以使連接達到緊固。優點：鉚接傳力可靠，塑性、韌性均較好，質量易於檢查和保證，可用於重型和直接承受動力荷載的結構。缺點：鉚接工藝複雜、製造費工費料，且勞動強度高。
目前，新工藝自衝鉚接、無鉚連接等不斷髮展。自衝鉚接是鉚釘在外力的作用下，通過穿透第一層材料和中間層材料，並在底層材料中進行流動和延展，形成一個相互鑲嵌的塑性變形的鉚釘連接過程。不同輕量化材質的組合中，各自的密度、可承受的壓力、拉力均不相同，造成智能自衝鉚接的重要技術門檻。
無鉚釘連接技術，又叫“衝壓鉚接”。無鉚釘連接是利用板件本身的冷變形能力，對板件進行壓力加工，使板件產生局部變形而將板件連接在一起的機械連接技術。目前國際上提供該工藝裝備的公司主要為德國的 TOX 和美國的 BTM。因為成本低的優勢，無鉚釘鉚接工藝已經在國外汽車工業中普遍應用。國內 SVW 的途安、波羅、斯柯達明睿、斯柯達晶睿，以及 SGM的愛維歐、科魯茲、別克英朗、邁瑞寶、君越、君威都採用了 TOX 的技術與裝備。總體而言，無鉚釘鉚接接頭的剝離強度和疲勞強度都比較低，所以通常只用在發動機罩、行李箱蓋等非承載部位。
（三）膠接
膠接是指藉助膠粘劑將其膠接零件連接成不可拆卸的整體。當承載較小、構件較薄、環境條件不十分惡劣時，宜採用膠接連接。
優點：無鑽孔引起的應力集中，連接效率高，適宜連接異形、異質、薄壁、複雜的零件；結構輕，抗疲勞、密封、減振及絕緣性能好，有阻止裂紋擴展作用，破損安全性好，能獲得光滑氣動外形；不同材料連接無電偶腐蝕問題，工藝簡便、操作容易，可節省能源，因而具有一定的經濟效益。缺點：質量控制比較困難；膠接性能受環境（溼、熱、腐蝕介質）的影響；存在一定的老化問題，膠接連接後一般不可拆卸。
圖 膠結連接的工藝流程
膠接常和其他連接方式組合。如膠螺混合連接，一般是從結構的破損安全角度考慮，用於提高連接接頭的安全裕度以及結構修補膠螺混合連接有利於提高接頭的承載力及疲勞壽命。膠鉚連接，為了提高膠－鉚接頭的強度，最好在膠粘劑固化後再進行復合材料構件的鉚接。
二、不同材料連接方式
（一）塑料、樹脂複合材料的連接
塑料質輕、化學穩定性好、不會鏽蝕，成型性、著色性好，加工成本低，但大部分塑料尺寸穩定性差，容易變形；多數塑料耐低溫性差，低溫下變脆；容易老化。按使用特性可分為通用塑料、工程塑料、特種塑料；按理化特性可分為熱固性塑料、熱塑性塑料。由於熱固性塑料一次加工成形後的不熔性質，使熱固性塑料無焊接性而言。塑料的焊接僅指熱塑性塑料。日常生活中使用的大部分塑料屬於這個範疇。
塑料焊接的基本原理是熱熔狀態的塑料大分子在焊接壓力的作用下相互擴散，產生範德華作用力，從而緊密的焊接在一起。焊接金屬時，焊條與基體材料熔成一體。金屬有確定的熔點，而塑料在軟化溫度和燃燒溫度之間有很大的熔化溫度範圍。此外與金屬不同的是，塑料的導熱性極差(可認為其不導熱)，這是塑料在焊接時很難保持熱量的均勻性。在對其加熱時，塑料表面下的塑料部分還未完全熔化時，塑料焊條和塑料表面就會燒焦或燃燒。在焊接溫度下分解的時間比在熔焊中使許多塑料軟化所需的時間短，所以塑料焊機的工作溫度範圍要比金屬焊機小得多。
高分子複合材料如玻璃鋼和樹脂基複合材料-聚合物基複合材料非常成熟 ，廣泛應用於航天、航空、船舶、車輛製造、建築工程、電器設備、化工以及體育、醫療等領域。其密度小，強度高，抗蝕、隔熱，吸音，設計和成形自由度大等，但和塑料一樣熱穩定性差。
常見的高分子材料連接方法包括：
1、熱氣焊(熱空氣塑料焊接)
將熱氣體通過噴嘴噴到塑料上，對塑料表面加熱，並對焊接區施加壓力，從而進行焊接的方法稱為熱氣焊。在塑料焊接的發展和應用中，熱氣焊方法歷史最長，應用廣泛。優點：焊接設備容易攜帶；缺點：焊接過程緩慢。
2、熱工具焊（發熱工具焊接）
利用一個或多個發熱工具對被焊塑料的表面進行加熱，直至其表面層充分熔化，然後在壓力作用下進行焊接的方法稱為熱工具焊。熱工具焊是目前應用最廣泛的塑料焊接方法之一。熱工具焊通常不需要填充材料，依靠手力或機械力產生焊接壓力。
3、超聲波焊
塑料超聲波焊接是塑料的焊接面在超聲波能量的作用下作高頻機械振動而發熱熔化，同時施加焊接壓力，從而把塑料焊接在一起。超聲波焊接原則上適用於大多數熱塑性塑料。主要用於焊接模塑件、薄膜、板材和線材等，通常不需要填充材料。
超聲波熔接的工作原理為振動能量從焊頭傳遞到工件，工件之間的摩擦產生的熱量將工件熔接面熔化，從而焊接成一體。優點：焊縫固定而美觀(發熱僅集中在焊接部分)；不受待焊表面汙染的限制(超聲波高頻機械振動同時起清潔破碎表面作用)，廣泛應用於醫藥、制油、和食品工業等；容易實現自動化生產；焊接強度高，粘接牢固。缺點：設備成本比較高；焊接速度受到限制。
（二）金屬基複合材料及高溫合金的連接
金屬基複合材料（MMC）是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工合成的複合材料。基體有Al、Mg、Ti、Cu、Ni及其合金和高溫合金，以及金屬間化合物等。增強材料主要為無機非金屬，如：陶瓷、碳、石墨及硼等。目前金屬基複合材料處於開發階段，主要用於某些結構件的關鍵部位。金屬基複合材料的連接一般採用激光焊、固態焊和釺焊。
高溫合金是以Fe、Ni或Co為基，為在承受較大的機械應力和要求具有良好表面穩定性的環境下進行高溫服役而研製的一類合金，一般要求能在600-1200℃的高溫下抗氧化或腐蝕，並能在一定應力作用下長期工作。高溫合金具有較高的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能以及良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性。
常用連接方式包括：
1、TIG焊（非熔化極惰性氣體鎢極保護焊）
TIG焊是高溫合金尤其是鐵基合金比較好的焊接方法，特別適應用於12.5mm以下薄板。為防止產生裂紋，焊接時採用小焊接線能量，窄焊道，電弧長度儘可能短，一般為1-1.5mm為宜。同時，採用小直徑釷鎢極，端部磨成30-60°的尖角，以保持電弧穩定，易於控制熔透和窄焊道。Ar氣保護：特別是焊接含有Al、Ti等元素的合金時，要特別加強保護。
2、電子束焊接
電子束焊接是一種高能量密度的熔化焊方法。它是利用空間定向高速運動的電子束，撞擊工件後將部分動能轉化為熱能，從而使被焊工件熔化，形成焊縫。
優點：加熱功率密度大。電子束焦點處的功率密度可達103-105Kw/cm2，比普通電弧功率密度高100—1000倍。焊縫深寬比(H/B)大，電子束焊比電弧焊可節約大量填充金屬和電能，可實現高深寬比的焊接，深寬比達60：1，可依次焊透0.1-300mm厚度的不鏽鋼板。焊接速度快，焊縫熱物理性能好，焊縫純度高，焊接工藝參數調節範圍廣，適應性強，可焊材料多。缺點：需要高真空環境以防止電子散射，設備複雜，焊件尺寸和形狀受到真空室的限制。對工件裝配質量要求嚴格，同時工件表面清潔的要求也較高。
3、激光焊接
激光焊接是利用聚焦的激光束轟擊焊件所產生的熱量進行焊接的一種熔焊方法。激光焊優勢激光功率密度高，可以對高熔點、難熔金屑或兩種不同金屑材料（如鎢絲）進行焊接。聚焦光斑小，加熱速度快，作用時間短，熱影響區小，熱變形可忽略。激光焊接屬於非接觸焊接，無機械應力和機械形變。激光焊接裝置容易與計算機聯機，能精確定位，實現自動焊接，而且激光可通過玻璃在真空中焊接。激光焊接可在大氣中進行，無環境汙染。
激光焊接基本模式為熱導焊和深熔焊，其關鍵在於嚴格控制激光束的位置，使纖維處於激光束照射範圍之外。
圖 激光焊接的兩種基本模式
（三）陶瓷及陶瓷基複合材料的連接
陶瓷是指以各種金屬的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物為原料，經適當配料、成型和高溫燒結等人工合成的無機非金屬材料。作為耐高溫材料，已在工程中獲得廣泛應用。陶瓷分為普通陶瓷和特種陶瓷。其中特種陶瓷分為結構陶瓷（高強度、高硬度、良好的耐磨性，作為結構部件使用）和功能陶瓷（利用其電、磁、聲、光、電、熱等直接效應和耦合效應實現某種功能）。
陶瓷高溫強度和高溫蠕變抗力優於金屬；硬度是各類材料中最高的，可作為刀具材料使用；有些陶瓷具有特殊的光學性能；化學穩定性高，抗氧化、抗腐蝕性強。但陶瓷在室溫幾乎沒有塑性，韌性差，脆性大，導熱性差，是陶瓷的最大缺點。
陶瓷材料固有的硬脆性使其難以加工製成形狀複雜的結構，在工程應用上受到很大的限制。故陶瓷通常是與金屬材料一起組成複合結構來使用。陶瓷與金屬之間的連接方法，包括機械連接、粘接和焊接。常用的焊接方法主要有釺焊連接、擴散連接、電子束焊、激光焊等。目前陶瓷基複合材料的連接尚處於研究階段，不少技術問題有待解決。
（四）其他複合材料的連接
從廣義上講，複合材料是由兩種或兩種以上不同化學性質的組分組合而成的材料。複合材料應不包括自然形成的具有某些複合材料形態的物質、化合物、單相合金和多相合金。複合材料的結構通常是一個相為連續相，稱為基體；而另一相是以獨立的形態分佈在整個連續相中的分散相，會使材料的性能顯著增強，故稱為增強體。
1、碳碳複合材料的連接
一般採用真空擴散連接和釺焊。
2、功能材料的連接
功能材料是指那些具有優良的電學、磁學、光學、熱學、聲學、力學、化學、生物醫學功能，特殊的物理、化學、生物學效應，能完成功能相互轉化，主要用來製造各種功能元器件而被廣泛應用於各類高科技領域的高新技術材料。
3、超導材料的連接
超導材料指極低溫度下電阻突然降為零，處於超導狀態的材料。Ni-Ti合金是目前使用最廣泛的合金超導材料，製造技術成熟，性能穩定，成本相對較低，主要用於磁流體發電機大型磁體的理想材料。超導材料一般採用爆炸焊、擴散連接、釺焊、冷壓焊、微波焊等。
第二章 汽車輕量化及連接
一、行業背景
（一）節能減排倒逼汽車輕量化
根據工信部官方網站發佈，到2020年乘用車新車均燃料消耗量需達到 5L/100km，目前差距較大。在當前諸多節能減排路徑中，汽車輕量化是較易實現、潛力較大的方式。對於乘用汽油車，車重減少10%其燃油經濟性可以提高6%-8%。
汽標委從整車、發動機、變速器、車輪/輪胎等幾個方面，組織開展較大規模的節能技術發展及應用狀態調查，最終從減少車輛行駛所需阻力、提高熱動能量轉換效率、減少能量傳輸過程損失、減少輔助能量消耗、優化車輛能量管理等5 個方面，提出了應對 2020 年節能標準的技術選項，最容易實現的、潛力相對較大的當是汽車輕量化。
圖 2020年乘用車節能標準技術選項
（二）新能源汽車發展推動汽車輕量化
2017年 9 月，工信部正式印發《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分並行管理辦法》，該政策一方面督促各類車企降低自身燃料消耗水平，積極推進節能減排，另一方面大力倡導新能源乘用車逐步向高度能源清潔轉變並增加其市場滲透率。
另一方面，新能源汽車無法進距離續航的問題成為人們選擇新能源最糾結的關鍵。針對這一問題第一是電池容量的增加，第二是汽車本身的節能；電動車重每減少 100kg，電動車續航提升 6%-11%。
同時，因輕量化材料價格普遍高於普通鋼材，在中高端車型中應用尤為普遍。2017年我國乘用車銷量增長2%，而豪華品牌車輛增長14%。國產自主品牌成功邁入中高端乘用車領域。
（三）汽車輕量化已上升到國家戰略層面
《中國製造2025》已將輕量化列為節能與新能源汽車發展的核心技術，在工信部、國家發改委、科技部等國家部委相繼發佈的專項方案中，也多次對輕量化技術的發展提出了具體要求。下圖是“2016 年汽車工程學會年會暨展覽會”上歐陽明高（汽車安全與節能國家重點實驗室主任）發佈了《節能與新能源汽車技術路線圖》，裡面對汽車輕量化技術路線進行了明確。
圖 汽車輕量化技術路線圖
（四）汽車輕量化千億級市場規模
按照到 2020 年國內汽車年產量有望達到 3,600 萬輛，新能源汽車年產量達到 200 萬輛。預計汽車輕量化2020年行業規模千億以上。其中高強鋼、鋁合金零部件、鎂合金零部件、碳纖維為代表的輕量化材料佔80%以上市場規模；輕量化結構設計、製造和連接分割其他。
二、汽車輕量化途徑
汽車輕量化主要通過以下三種途徑達到：
一是汽車結構的輕量化優化結構設計，如結構拓撲優化、尺寸優化、形貌優化和多目標協同優化設計等。
二是應用高強度和輕質材料，如高強鋼、先進高強鋼和超高強鋼，鋁鎂合金，工程塑料、纖維增強複合材料等。輕質化材料和對應熱加工工藝目前受到市場最多關注。
三是採用先進的輕量化製造及連接技術。如激光拼焊、輥壓成形、高強鋼熱成形、內高壓成形等先進製造技術，結構膠粘接和異種材料鉚接等先進連接技術。
（一）輕量化結構設計
優化汽車的結構設計是實現汽車輕量化的有效途徑之一。以車身零件的強度和剛度要求為約束，藉助 CAE 優化設計方法對零件的結構進行優化設計，通過車身零部件的薄壁化、中空化、小型化或集成化，以減小車身骨架和車身覆蓋件的質量或數量，從而達到車身減重目的。圖a 中通過擠壓形成的封閉型鋁合金空間框架結構(ASF)、圖 b 中通過輥壓成形的變截面結構零件以及圖 c 內高壓成副車架，都是典型的輕量化結構，在顯著減重同時能夠有效保證強度和剛度需求。
圖 典型的輕量化結構
（二）輕量化材料運用
通過大量使用輕質、高強材料實現車身大幅減重已經成為車身輕量化主要手段之一。這些材料主要可以分為兩類：一類是高強鋼材料，包括普通高強鋼、先進高強鋼(AHSS) 以及超高強鋼 (UHSS)。另一類是低密度材料，包括鋁合金、鎂合金、塑料、複合材料等，通過鋁合金替代鋼可以獲得較好的減重效果，而且成本增加也相對較低。目前，主要的輕質材料為鋁合金、鎂合金和碳纖維。
對於低價位的車，在材料選用上主要以鋼為主+玻璃纖維增強塑料； 對於中價位的車，在材料選用上主要以鋼為主+少量鋁+玻璃纖維增強塑料；對於高價位的車，在材料選用上主要以鋼為主+多量鋁+玻璃纖維增強塑料；對於品牌車，在材料選用上主要以鋁為主+鋼、塑混合應用（或）碳纖維增強塑料。
1、輕質化材料發展趨勢
高強鋼板替代普通鋼板：採用高強鋼板代替普通鋼板，能使構件厚度減薄，又能保證其使用性能，從而減輕汽車的質量，而且鋼鐵材料價格便宜、工藝成熟，因此迄今仍然是汽車車身使用最多的材料。
輕金屬材料替代鋼板：鋁合金因其密度低、比強度高，在顯著減重的同時仍然能夠大幅提高車身零部件的剛性，但成本較高。
複合材料替代鋼板：複合材料因為密度低(鋁合金的 1/3 左右)、比強度極高、耐撞擊、抗斷裂韌度好、減振隔音性能好、可設計性好、耐腐蝕等一系列優點，已經得到汽車工業的重視。
多材料混合車身結構：單純採用高強鋼板雖然具有較大的成本優勢，但在現階段條件下采用高強鋼進行車身輕量化的空間已經十分有限。採用輕金屬雖然可以獲得較好的輕量化效果，但是成本仍然較高。複合材料可以獲得最佳的輕量化效果，但是成本極高，無法規模應用。
圖 輕量化材料性能及應用對比
鋁的密度是鐵的 1/3，傳統車身質量約佔整車質量的 30-40%，已經成為鋁合金輕量化的主要應用部件，可使汽車減重 40%。
圖 鋁合金作為輕量化材料優點
資料來源：《節能與新能源汽車技術路線圖》
（三）輕量化製造+連接
輕量化製造是指採用特種加工工藝製成的具有輕量化結構特徵的車身用毛坯材料，包括激光拼焊板(TWB)和連續變截面軋製板(TRB)。TWB即採用激光焊接技術把不同厚度、不同表面鍍層甚至不同原材料的金屬薄板焊接在一起，形成衝壓用坯料。基於這種技術，工程師可以根據車身各個部位的強度和剛度的需求，像裁縫縫製衣服一樣預先“量身定做”所需的拼焊板坯料，然後進行衝壓，從而達到節省材料、減輕重量且提高車身零部件性能的目的。TRB 繼承了 TWB根據零件強度和剛度需求變截面的技術，可顯著降低車身零件的數量，從而降低車身焊裝的複雜性。
連接通常是結構最薄弱處，常常成為失效的起始位置。由於車身結構均含有混合材料（如鋁合金、高強鋼、碳纖維），還含有各種結構件（如板材、鑄件、擠壓件），汽車輕量化連接在不同材料的相容性、可連接性、表面特性、腐蝕、裝配應力等方面提出難題。同時關於最佳的連接條件，連接性能的測定方法，連接接頭的設計方法，連接接頭的耐久性、碰撞性能和生命週期成本等方面均有待發展研究。
1、液相焊接
傳統焊接工藝痛點在於混合材料、多層材料組合難以連接；並且不同形態材料連接，有虛焊、氣孔、夾渣、裂紋、燒穿等缺陷；同時膈音降噪和防水密封很難做到。
（1）電阻點焊
因其高效率、低成本、易於自動化等優點在鋼製轎車車身裝配中長期占主導地位，一輛典型的鋼製車身90%以上裝配量由電阻點焊工藝完成。然而，多材料輕量化車身由於高強鋼的大量使用以及鋁鋼的混合使用，使得傳統的電阻點焊技術面臨巨大挑戰。
鋁合金中大多數焊點的產生需要40-65ms，而鋼需要約200ms。由於鋁的軟化溫度與熔融溫度之間的差異較小的緣故。熔點很大差別的不同材料不能直接用電阻點焊連接。
（2）電弧焊
鋁合金電弧焊容易形成氣孔，要提前去除氧化層。電弧焊不適合連接鋼和鋁合金之間，原因在於兩者熔點不同，鐵在鋁中溶解度幾乎為零，且在焊縫處會形成脆性金屬間化合物。且熱特性方面（如線脹係數和導熱率）存在的巨大差異使焊接後出現內部收縮應力，所以鋼和鋁之間的熔焊焊縫會在使用中出現開裂和脆性失效。
（3）激光焊
可用於鋼和鋁合金的點焊和連續焊接。
（二）固相焊接
在固相焊接中，兩張材質相同或不同的板材通過形成冶金接合而連接起來。由於在固相焊接中不會發生縮孔、晶粒開裂，通常焊接質量非常好，總的來說力學性能甚至優於液相焊接。由於沒有形成固化後會發生顯著收縮的材料熔池，焊接後零件變形和殘餘應力相對較小。固相焊接不產生煙霧，且沒有電弧炫目或反射激光束。
固相焊接主要包括攪拌摩擦焊（FSW）和攪拌摩擦點焊（FSSW）。這兩種工藝通過旋轉的焊接工具與待焊接的金屬板之間產生的摩擦熱，使焊接接頭處的材料達到軟化狀態。這兩種工藝能夠連接難以熔焊在一起的材料，如2000系列和6000系列鋁合金。FSW和FSSW另一個主要優點就是能耗低。由於FSW不需要大電流、冷卻液和壓縮空氣，總能量大大減少。
攪拌摩擦焊（FSW）作為一種固相連接方法，焊接速度較慢，在汽車應用有限，原因在於白車身中沒有適合的平直焊接接頭。攪拌摩擦點焊(FSSW)可有效控制鋁鋼結合面金屬間化合物形成，在鋁鋼異種連接方面具有很大優勢；然而迄今該技術仍侷限於非承載部件連接。這是因為高強鋼的應用使得針對鋁合金設計的 FSSW 技術面臨巨大挑戰。可以用於鋁合金連接。
（三）機械連接
機械連接包括螺栓連接、鉚接等，同時混合連接作為機械連接的拓展，縫合連接和Z-pin連接常作為輔助連接。目前傳統機械連接在汽車車身上運用較少，傳統螺栓螺母連接需要在待連接的零件上鑽孔，且裝配過程中需精準對接；傳統鉚接工藝對鉚接材料進行預衝孔，再用鉚釘連接。不同形態材料，動態疲勞強度強度低，容易形成摩擦帶來噪音和質量缺陷，鬆脫等安全問題,連接點氣密封閉性差。
目前，汽車車身中應用最為廣泛的兩種機械冷連接技術為無鉚鉚接和自衝鉚接。它們不需要預衝孔便可實現汽車板的連接，而且對連接對象的表面清潔度和氧化層不敏感，同時具有電阻點焊技術的高效率和易於自動化等特點。
（四）膠粘連接
膠粘連接是通過膠粘劑與被連接件之間的化學反應或物理凝固等作用將材料連接在一起的連接技術。膠粘連接能完全避免應力集中，擁有更高的疲勞強度；可以連接不同形態材料，膠粘連接不能焊接的不同材料（如熱固性複合材料），在鋁鎂聚合物基複合材料的連接方面具有優勢。在現階段的車身製造中有著廣泛的應用，目前在 SGM 和 SVW 所有的車型上都大量使用了膠接技術。捷豹 X350 上用膠量高達 154 m，以顯著提高整車的安全性和舒適性。
然而，多材料車身的膠接卻面臨前所未有的挑戰。膠粘連接在抗高溫、耐衝擊、抗老化等存在性能較差，表面需要處理，固化耗時且碰撞性能較差。
在高溫烤漆固化的時候，由於鋁鋼熱膨脹係數差異較大，會導致車身結構產生嚴重變形，並使膠粘接頭失效。陶氏化學已經開發出雙組分常溫固化膠以解決高溫固化引起的大變形，但是這些雙組分膠的力學性能要明顯低於目前大規模使用的單組分膠，而且在與單組分膠一起使用時存在較大的問題。所以膠粘連接常常和焊接、鉚接結合起來，形成焊接粘接和鉚接粘接等連接方式，如聚合物基複合材料連接等。
第三章先進鉚接行業分析
一、自衝鉚接（鎖鉚）
自衝鉚接又稱為“鎖鉚鉚接”、“SPR”。1985 年基恩·瓊斯在英國創建 Henrob 公司研發和生產出世界上第一套自衝鉚接設備；此後，美國 EMHART 公司與德國 BOLLHOFF 公司也相繼開發出了自衝鉚接設備。Henrob公司作為行業的領導者，在全世界範圍內有超過5300套設備在運行，其在歐洲市場佔有率高達70%，中國目前有60多套。
自衝鉚接可以應用於汽車天窗、發動機缸蓋、座椅、排氣管、引擎蓋等。目前已廣泛應用於奧迪、寶馬、捷豹、沃爾沃、通用、福特和戴姆勒—克萊斯勒等公司鋁合金合身的製造，接頭疲勞強度可達電阻點焊的2倍。國內在自衝鉚接方面研究起步較晚。
自衝鉚接實際上是一種先用半管型鉚釘來穿刺上層板，然後再將鉚釘體擴張到下層板內，從而使兩層板材之間形成機械互鎖的低溫成形工藝。由於沒有熱輸入，很適合用於鋁材、高強鋼、鎂合金（需要局部加熱）等連接。自衝鉚接也可連接多層板。鋁合金板可鉚接厚度達10mm，鋼板總連接厚度為6mm。鉚接的方向應從較薄的板材向較厚的板材，從較硬的材料向較軟的材料鉚接。由於自衝鉚接涉及冷成形，所以板材必須有足夠的塑性，以便在鉚接期間產生無形和無損流動。不同材料的流動應力存在巨大差異，這將為自衝鉚接帶來挑戰。
圖 自衝鉚接技術原理及工藝過程
自衝鉚接性能的主要影響因素為：
- 鉚釘結構：鉚釘直徑，長度，頭樣式（平頭或者埋頭）；
- 模具幾何參數：模具深度、直徑、尖高度；
- 表面處理：鉚釘使用高強鋼製成，經過表面塗覆處理，以防腐蝕。
圖自衝鉚接性能影響因素
自衝鉚接優勢在於：
- 可連接不同材質、厚度、硬度、強度的雙層或者多層材料組合；
- 滿足不同形態材料連接的靜態強度和動態疲勞強度要求，具有撞擊能量吸收功能。自衝鉚接連接的靜態連接強度為點焊的70%,動態疲勞連接強度遠遠高於點焊。
- 允許不同形態輕量化材料之間塗結構膠粘合層，達到車內膈應降噪、防水密封的目的；
- 相比傳統鉚接減少3/4工序，使粘合層快速定型，進行不間斷流水作業，綜合成本具有優勢。
表 自衝鉚接和點焊之間對比
自衝鉚接侷限性在於：
- 鉚釘頭必須進行精加工修正,鉚釘尾端一側的下層板凸出不平；成形作用力大導致連接處變形，外觀影響；
- 操作需要從連接點兩側進行，且工具笨重；
- 鉚釘單件成本高；
- 根據連接板件厚度的變化需使用不同鉚釘/凹模結構。
二、無鉚鉚接（衝壓鉚接）
無鉚鉚接又叫衝壓鉚接，是利用板件本身的冷變形能力，對板件進行壓力加工，使板件產生局部變形而將板件連接在一起的機械連接技術。無鉚釘鉚接接頭的剝離強度和疲勞強度都比較低，通常用在發動機罩、行李箱蓋等非承載部位。
圖 無鉚鉚接工作過程
三、冷碾鉚接
冷碾鉚接法是利用鉚杆對鉚釘局部加壓，並繞中心連續擺動自至鉚釘成形的鉚接方式。按冷碾軌跡的不同可分為擺碾鉚接法和徑向鉚接法。圖a為擺碾鉚接法，其鉚頭僅沿圓周方向擺動碾壓；必須把工件準確定位，結構較簡單、成本低，可以滿足90%以上零件的需求。徑向鉚接法的鉚頭運動軌跡是梅花狀，所鉚零件質量較好，效率較高，鉚件無須夾持，穩定性強，但因結構複雜照價較高，維修不方便，非特殊場合一般不採用。
圖 冷碾鉚接法的兩種方式
四、先進鉚接技術競爭分析
以自衝鉚接、無鉚鉚接、冷碾鉚接為代表的先進鉚接技術主要集中在海外。英國Henrob公司2014年被美國AtlasCopco集團收購，為其代表客戶捷豹路虎全鋁合金輕車身提供服務。德國Tucker被美國Emhart集團收購，用於全球鋁合金車身製造技術佈局。其他參與者有德國FMW，瑞士Baltec，美國OEBITFORM。
國內方面，主要參與者包括武漢的三家公司埃瑞特、貝瑞克和瑞威特，深圳的一浦萊斯，國企如安陽三興、靖江軍力緊固件，以及外企AGME等的國內代理商。整體來說國內先進鉚接技術發展落後，主要銷售技術含量較低的低端產品，價格低；高端應用（汽車、智能家居等）嚴重依賴進口。
武漢埃瑞特目前擁有IRIVET鉚接機品牌和RMMIC高端鉚接機品牌，產品已涵蓋全部鉚接領域。武漢貝瑞克為中德合資企業，目前擁有貝瑞克鉚接機品牌、Herorivet高端鉚接機品牌以及貝瑞克緊固件品牌。產品已涵蓋全部鉚接領域。武漢瑞威特與武漢大學等著名院校建立了長期的鉚壓設備技術產學研聯盟。公司的一百多種鉚接設備不僅暢銷國內，還遠銷歐美、中東及東南亞地區。
深圳一浦萊斯精密技術有限公司成立於2003年，致力於薄板冷連接工藝的研發和產業化，主要銷售產品包括自衝鉚接設備、無鉚鉚接設備及連接件，其核心在於針對不同行業、材料、厚度等打造了完善的數據庫。
安陽市三興機械工業有限責任公司成立於1992年，主導產品包括用於汽車行業和鐵路車輛行業中的液壓鉚接設備和專用設備，是國內較早生產液壓鉚接機的專業廠家之一。先後為一汽、二汽、江淮汽車、上汽集團及北車、東車等提供各種鉚接設備和生產線。靖江市軍力緊固件製造有限公司，2004年投入五金非標件生產，加工範圍逐步擴大，但自衝鉚接不是其主要業務。
AGME作為全球鉚接領跑者，在國內代理商上海湖蘇機電技術有限公司，艾舸米鉚接設備（上海）有限公司等，在國內不銷售自衝鉚接設備。
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