目前SPR的供應(yīng)商不多，國外主要有德國Stanley（史丹利）、B ? l l h o ff（博爾豪夫）以及英國ATLAS-Henrob（阿特拉斯-亨羅布）；國內(nèi)供應(yīng)商主要有深圳浦萊斯和蘇州斯旺西，且主要應(yīng)用于非汽車領(lǐng)域。本文主要論述了某公司的SPR技術(shù)在上汽大眾某款新能源汽車鋼-鋁板連接上的應(yīng)用，歸納了SPR連接可靠性的技術(shù)要求和防腐保護(hù)要求，并闡明了其連接失效模式及修補方案。

SPR連接的工藝過程和特點介紹

1. SPR連接的工藝過程

SPR連接技術(shù)是一種冷連接技術(shù)，它克服了點焊等熱連接技術(shù)的各種缺點。SPR連接通過鉚槍的壓力使鉚釘穿透第一層材料和中間材料，鉚釘腿部的中空結(jié)構(gòu)在鉚模的作用下，向底層材料中流動和延展并刺入底層板材，但是不會對下層板材進(jìn)行刺穿，形成一個相互鑲嵌、塑性變形的鉚釘連接。SPR鉚接的工藝過程主要包括定位、夾緊、施壓、刺穿、變形和成形，如圖2所示，最后鉚釘與上下層板材之間形成牢固的機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)。

圖2 SPR連接工藝過程

2. SPR連接的基本特點

1. SPR鉚接設(shè)備外形 在白車身上布置SPR連接點時SPR鉚接設(shè)備的外形和傳統(tǒng)點焊的C形焊槍相似，需要考慮鉚接空間（見圖3）。

   

   圖3 SPR鉚接設(shè)備

2. SPR的板料基本要求 連接的零件總厚度在1.5～16mm，且底層零件至少為總厚度的1/3。厚度薄的零件放在上層，厚度大的零件放在底層。強(qiáng)度高、硬度高、延展性差的材料放在上層，強(qiáng)度低、硬度低、延展性好的材料放在底層。

   上層材料允許的最高強(qiáng)度為1 500MPa，上層材料強(qiáng)度越高，則底層材料需盡量選用強(qiáng)度低、硬度低、延展性好的材料，且需盡量厚。底層材料允許的最高強(qiáng)度≤600MPa，延展性≥12%。

3. SPR連接的技術(shù)優(yōu)勢

1. SPR連接外美觀，質(zhì)量穩(wěn)定。傳統(tǒng)的低碳鋼車身連接一般采用電阻點焊工藝，而鋁合金與低碳鋼相比有熱導(dǎo)率高（約為低碳鋼的4倍）、熔點低（560℃）、表面易生成難熔氧化膜（1 536℃）等特點，這使得鋁合金點焊存在能耗高、電極污染、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷。

2. SPR連接后下層零件不完全刺穿，因此SPR連接具有高防水性；鉚釘空間占用少，避免了與其他零件干涉。

3. 相對于點焊、Clinch、FDS等連接方式，SPR連接具有成本低、效率高、連接可靠等優(yōu)點，常用于鋼-鋁連接，對比見表1。

   表1 SPR連接與其他連接方式對比
   

   

SPR連接的技術(shù)要求

SPR連接可以將多層異種或同種的金屬及非金屬零件進(jìn)行機(jī)械連接。根據(jù)在某車型上應(yīng)用SPR技術(shù)的經(jīng)驗，不同連接方式對鉚釘?shù)某叽缫蟛煌?，連接強(qiáng)度不同，對防腐技術(shù)的要求也不同。下面介紹上汽大眾在某新能源汽車上應(yīng)用SPR連接技術(shù)的研究。

1. SPR的連接類型

SPR可實現(xiàn)鋁材（鑄鋁、型材、板材）間的連接，也可實現(xiàn)鋼材之間的連接，甚至是鎂、銅、非金屬材料和夾層材料之間的連接。如圖4所示為汽車上常用的SPR連接類型。

圖4 常用的SPR連接類型

a）鋼1.0mm/鋼1.0mm 

b）鋁1.2mm/鋼1.0mm/鋁1.2mm 

c）鋁3.0mm/鋁3.0mm

2. SPR鉚釘硬度及尺寸

SPR連接的鉚釘通常有鋼制材料和鋁制材料兩種類型。汽車行業(yè)通常使用的鉚釘基本為鋼制材料，其硬度范圍見表2。硬度的選擇，根據(jù)連接對象的材料性能確定。

表2 SPR鉚釘硬度

鉚釘?shù)念愋陀性S多種，如盤頭型、沉頭圓頂形、沉頭形等（見圖5）。新能源汽車上常用3mm和5mm規(guī)格的沉頭圓頂形鉚釘，如圖6所示為5mm規(guī)格f 5.3mm×5.5mm尺寸的沉頭圓頂形鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)。

圖5  SPR連接鉚釘

圖6 沉頭圓頂型5mm規(guī)格鉚釘

3. SPR常用鉚釘表面保護(hù)

SPR連接工藝的鉚釘通常要經(jīng)過表面處理來提高抗腐蝕能力。

鉚釘表面處理的種類有很多，常用的表面處理有如下三種：

1. 表面鋅層涂覆處理 滿足96h鹽霧試驗，適用于鋁合金材料搭接連接；可接受后續(xù)噴漆最高烘烤溫度180℃。一般應(yīng)用在腐蝕低風(fēng)險區(qū)域，如車身內(nèi)板、衣帽架等區(qū)域。

2. 表面鋅和鋁涂敷處理 滿足240h鹽霧試驗，可接受后續(xù)噴漆最高烘烤溫度400℃。一般應(yīng)用于腐蝕中等風(fēng)險區(qū)域。

3. 表面鋅鎳涂敷處理 滿足480h鹽霧試驗，可接受后續(xù)噴漆最高烘烤溫度400℃。一般應(yīng)用于腐蝕高風(fēng)險區(qū)域，如前輪罩（鑄鋁）與上縱梁（鋼）連接區(qū)域。

4. SPR的鉚接布置要求

SPR鉚接工藝和傳統(tǒng)點焊工藝相似，需要一定的鉚接空間以及足夠的法蘭寬度。一般而言，SPR連接設(shè)計時，由于鉚接設(shè)備C形鉗結(jié)構(gòu)決定不宜鉚接封閉腔體，因此設(shè)計時要避免封閉腔體結(jié)構(gòu)（見圖7）。由于C形鉗在鉚接點處不受干涉，故需避免垂直的法蘭邊，確保鉚接鉗能接觸到鉚接點（見圖8）；最后還需預(yù)留凹模和C形鉗的活動空間，保證零件能夠脫模并移開（見圖9）。

圖7 SPR避免封閉腔體

圖8 SPR避免垂直法蘭邊

圖9 SPR設(shè)備移出空間避免垂直法蘭邊

SPR鉚接工藝對鉚接點處的法蘭寬度、距離板材邊緣的長度以及鉚接點間距有一定的尺寸要求，過窄的法蘭邊以及過近的板材邊緣距離，鉚接后容易使鈑金裂紋，導(dǎo)致連接失效。根據(jù)在某新能源汽車上的使用經(jīng)驗，兩鉚接點之間的間距需要保持最小30mm，其詳細(xì)鉚接位置尺寸需求見表3，鉚接位置需求如圖10所示。

表3 SPR鉚接位置尺寸需求                                     （單位：mm）

圖10 SPR鉚接位置需求

5. SPR在新能源汽車上的應(yīng)用

新能源汽車由于輕量化的需求，在車身上大量運用鋁合金零件，SPR鋼-鋁的連接以及鋁-鋁的連接非常多。某款新能源汽車，前減振器支座為鑄鋁件，周圈鈑金為傳統(tǒng)的鋼制件，此處的整圈連接采用SPR鉚接技術(shù)。車身前后車門是優(yōu)質(zhì)的減重部件，除了防撞橫梁以及上鉸鏈安裝板為鋼制零件，其他的車門內(nèi)外板及加強(qiáng)板板均為鋁制件，其連接方式均采用SPR連接（見圖11）。

圖11  車門鋁板之間SPR連接

6. SPR連接的防腐保護(hù)選擇

同種鋁合金零件之間的SPR連接，零件表面無需作特殊防腐處理，僅需要對鋼制鉚釘進(jìn)行表面處理。處于干區(qū)的鋁合金零件之間的SPR連接，鉚釘表面要涂鋅處理，要滿足96h中性鹽霧試驗；處于濕區(qū)的鋁合金零件之間的SPR連接，鉚釘表面要鋅鎳合金涂覆處理，要滿足480h中性鹽霧試驗。

鋼-鋁異種材料零件SPR連接，鋼材與鋁材之間匹配會存在電化學(xué)腐蝕。根據(jù)在某新能源汽車上的研究，處于干區(qū)的SPR連接，鋼制零件表面要鍍鋅處理。對于處于濕區(qū)的SPR連接，目前有兩種方式處理此問題，一種方法是對鋼制零件鍍鋅并作電泳處理，另一種方法是鋼制零件鍍鋅并與鋁合金零件之間涂膠水。鋼制零件電泳處理方法主要適用于鋼制零件與鋁合金件大面積接觸的匹配方式，涂膠水方案主要適用于鋼制零件與鋁合金零件條狀接觸的匹配方式。

如圖12所示是某新能源汽車上SPR鋼-鋁連接的應(yīng)用，前減振器支座是鑄鋁件，上縱梁是鋼制鈑金，在鋼鋁匹配區(qū)域涂刷膠水，通過膠水隔絕鋁板與鋼板，從而避免電化學(xué)腐蝕，提高防腐能力；此連接區(qū)域是濕區(qū)，為避免鉚釘與上層鈑金間隙處滯留水漬，長時間侵潤會加速鈑金腐蝕，需要在鉚接頭上部區(qū)域噴涂PVC保護(hù)，確保此處的防腐性能。

圖12 鋁制減振器支座與鋼制鈑金SPR連接

圖13 SPR連接防腐保護(hù)

a）鉸鏈安裝板SPR連接 

b）衣帽架SPR連接

如圖13a所示為某新能源汽車前門鉸鏈安裝板處的SPR連接。通常前門有十萬次開關(guān)耐久試驗，對于鉸鏈連接處強(qiáng)度要求很高，鋁制安裝板一般難以達(dá)到要求，為此鉸鏈安裝板采用鋼制板材，而車門內(nèi)板和其加強(qiáng)板采用鋁制板材。此處兩零件大面積接觸，膠水不能保證均勻涂敷，不能可靠地避免鋼鋁電化學(xué)腐蝕。對于此種類型的面接觸，對鉸鏈安裝板進(jìn)行電泳處理，通過整體零件的電泳層隔絕鋼鋁之間的接觸。

對于干區(qū)位置的鋼鋁SPR連接，對鋼板不做特殊表面處理要求。如圖13b所示為某新能源汽車在車內(nèi)衣帽架區(qū)域的SPR連接，固定支架為鋼制鍍鋅件，橫梁為鋁制件，通過SPR直接連接，支架未作前處理，兩板之間不需增加膠水等隔絕措施。