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到了石油消耗的三分之二，其中汽车燃油的比例为75%。在我国，汽车燃油的比例高达85%，据国际制造商协会统计，2011年全世界汽车生产总量为5754万辆，我国汽车产量也达到万辆，已居世界第8位，居估算，燃油汽车给城市造成了至少30%以上的空气污染，汽车排放所造成的污染已成为当今社会的一大公害，从80来年代世界各国尤其是发达国家就开始研究采取各种措施来减少汽车能源的消耗和排放污染。为此，美国制定了PNGV计划德国制定了3升汽车计划，汽车的轻量化是其中非常重要的一个途径，轻量化已经成为汽车发展的主要方向，对降低汽车能源消耗和减少环境污染是至关重要的。
铝合金材料是实现汽车轻量化得理想材料，铝合金的比重是碳钢的1/3,采用铝合金材料制造汽车车身，在保证具有与钢同样强度和刚度的前提下，车身重量可减少50%，整车重量可减少10%，同时可以减少相同数量的燃油消耗和环境污染。铝合金材料还被称为“绿色材料”，可反复回收利用，回收重熔铝合金所需能量仅是生产新铝合金所需能量的5%，而再生铝合金材料能够保持原有材料的性能，而不像一般碳钢具有良好的防腐性能，其表面只需稍加处理就可获得满意的防腐性能，而电镀，镀锌等处理不仅工艺复杂，成本高，而且环境污染严重。目前经济发达国家已开始进行铝合金汽车的研制，一些公司现已推出了铝合金汽车，如美国通用公司推出的“Precept”，福特公司推出的“合成-210”,德国宝马公司推出的“528”，德国大众推出的“奥迪A8”及推出的“奥迪A2”，现已都批量生产。
由于电阻点焊具有焊接质量可靠，生产效率高且易实现机械化和自动化等优点，在汽车工业领域获得了广泛应用，现在它已成为汽车制造领域中的主导加工工艺。但是，铝合金点焊所存在的问题限制了点焊在铝合金汽车生产中的应用。目前国外推出的铝合金汽车很少单独采用电阻点焊工艺，而大多采用气保焊，激光焊，胶焊等连接工艺。如新近推出的采用第二代铝合金空间架构（ASF）的“奥迪A2”就采用了MIG焊工艺和激光焊，但这些工艺并不适合汽车的规模化和连续化生产。为实现铝合金汽车的大规模化生产，就必须开展铝合金材料电阻点焊的研究。
在航空航天领域，为减轻飞行器的重量，大量的薄板结构采用了铝合金材料。电阻点焊是薄板结构最理想的连接工艺，铝合金点焊所存在的问题使得这些板筋结构目前的连接工艺还是铆接。与点焊相比，其具有刚性差，重量大等缺点。若解决了铝合金电阻点焊问题，大量采用点焊工艺，飞行器的重量将会进一步降低，动力学性能也会得到进一步的提
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高。
可以说，铝合金电阻点焊技术已经成为铝合金在汽车，航空航天等领域推广应用的一个主要制约因素。随着科技的发展，铝合金材料将会在更多的领域得到广泛的应用。因此，对铝合金点焊进行研究是非常必要的，并且在目前它已成为焊接研究领域中的热点。
1.3 铝合金点焊所存在的问题及现状研究
1.3.1 所存在的问题
铝及其合金的化学活性很强，表面极易形成氧化膜，且多具有难熔性质(如A1203的熔点约2050℃，MgO熔点约为2500℃)，加之铝及其合金导热性强，焊接时容易造成不熔合现象。此外，铝及其合金的线胀系数大．导热性又强，焊接时容易产生翘曲变形。研究人员对铝合金点焊接头本身的性能进行了研究，并指出：在铝合金点焊中还经常存在微型空洞、裂纹等不连续缺陷以及过深的压痕等现象，熔核尺寸对接头的静载强度影响很大，但对其疲劳强度影响很小—[14]。
由于铝合金在其物理性能上的特殊性，使它在电阻点焊可焊性方面与常用冷轧低碳钢相比有其一定的特点 其中存在的最严重的问题是电极的烧损及寿命问题。对于一般低碳钢的点焊，电极寿命可以达到几千点．而铝合金的点焊一般仅能达到几十点。铝合金电阻点焊技术还存在着飞溅问题、焊点表面成型质量问题及点焊接头的焊接质量不稳定等问题，这些问题皆与电极的磨损及其工作寿命存在着密切的关系。因此，电极磨损及寿命问题是铝合金电阻点焊技术的关键问题。
目前铝合金电阻点焊所存在的问题主要有以下几方面： 1.焊点质量不稳定
铝合金点焊焊点质量不稳定主要体现在以下四个方面。
(1)喷溅与飞溅严重。与低碳钢相比，铝合金具有很好的导电，导热性能，其电阻率仅为钢的三分之一，而导热率却为钢的2-4倍。所以，为获得合格的焊点，在相同的条件下铝合金就需要更大的焊接电流，即需要使用硬规范进行焊接。铝元素非常活泼，在铝合金材料表面非常容易形成氧化膜，这层氧化膜组织致密，熔点极高，导电性能极差，这就使得接触电阻比较大。在硬规范焊接条件下，接触面上产生较多的热量。另一方面，铝合金
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材料熔点低，加热熔化时的塑性温度区间窄，所以很容易在工件间接触面上造成喷溅，在电极-工件间造成飞溅。喷溅和飞溅的产生会带走部分热量和熔化金属，严重影响了熔核直径的大小，对焊质量极为不利。如图 1-1 所示熔核喷溅和表面飞溅缺陷。
a 熔核的喷溅 b 表面飞溅
图 1-1 熔核喷溅和表面飞溅缺陷
(2)焊点表面质量差。铝和铝合金容易形成低熔点（547℃）共晶物，并且这种低熔点共晶物的电阻率比较大。铝合金工件较大的热导率及接触面上较大的热产量使得电极-工件接触面上产生局部熔化并发生较为剧烈的共晶反应，以致出现电极与工件的粘连，恶化了焊点的表面质量。电极与工件的粘连及飞溅严重破坏了电极表面的连续性。进而恶化了后续焊点焊接时电极与工件间的接触状态，使电极-工件间的接触由起始宏观上的连续接触变为宏观上的不连续接触。在硬规范条件下，这种宏观上的不连续接触更家具了飞溅，局部熔化及粘连的产生，对焊点的表面质量更为不利。
（3）熔核尺寸波动大。电极-工件表面上的局部熔化，飞溅及电极与工件的粘连，严重破坏了电极表面的连续性。并且在连续点焊过程中电极表面的不连续性具有较强的随机性，这使得电极-工件间及工件间的接触状态和不稳定。另外，点焊过程又受工件表面状态，电极压力，焊接电流等因素的影响。铝合金点焊对各种因素的变化非常敏感，因此连续点焊中熔核直径波动较大。
（4）熔核内部易产生缺陷。与弧焊相比，铝合金在点焊时金属的熔化量较少，其导热系数比较大，所以熔核的冷却速度非常快。另一方面，由于铝合金是非导磁材料，液态熔核区的流动速度非常小，熔核在凝固时极易形成缩孔，缩松和气孔。虽然这些缺陷对接头强度影响不大，但对接头的疲劳性能却有显著影响—[10]。
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2 电极烧损严重，使用寿命短
由于电极-工件间的接触电阻较大，铝合金工件的导热率也较大，而铝合金点焊又是采用硬规范进行焊接，所以电极-工件间接触面上的温度较高。由于铝与铜之间存在着强烈的铝合金化倾向，因此铝合金点焊时铜电极的烧损非常严重。铜铝合金化反应生成合金层的主要成分为CuAl2 金属间化合物，其电阻率为铜的5倍左右。由于合金层粘附在电极表面，在后续焊点的焊接过程中，合金层的存在增大了电极-工件间的接触电阻，也增加电极-工件间的产热量。在连续点焊过程中，电极表面不连续程度的增加也加剧了电极-工件间局部熔化和飞溅的产生，同时也加剧了铜铝合金化反应的程度，如图1-2所示。上述因素使得铝合金点焊时电极的烧损速度大为增加，其使用寿命非常短。
电极烧损实质上是电极表面铜铝合金化反应的问题。合金化反应的产生条件包括成分和温度；而反应时间对合金化反应程度的影响非常大。从理论上说，只要破坏了成分，温度和反应时间中的一个条件，就可以克服或减弱电极烧损。目前电极烧损方面的研究大多限于从成分条件的角度来考虑如何避免或减弱电极烧损问题，而在如何降低电极-工件接触面温度及减少电极-工件间接触面处于高温区的时间方面做的工作较少—[11]。
a 焊第一点后 b焊完第50点后 图1-2电极表面的粘接和烧损情况 3 缺乏有效的焊接质量控制方法
铝合金的电阻率低，其阻温系数也比较小。从室温到熔化温度电阻率的变化幅度仅为3倍左右。所以，铝合金电阻点焊过程很难用焊接电参量的变化来描述。这给铝合金电阻点焊过程的闭环控制带来很大困难。
铝合金点焊的焊点质量不仅包括了熔核尺寸的波动，而且也包括飞溅和喷溅严重，焊
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点表面成形质量差及工件与电极易出现粘连等。因此，铝合金点焊所面临的质量问题远比低碳钢复杂。而主要针对低碳钢点焊问题所提出的以保证熔核大小稳定为目标的各种控制方法并不适合与铝合金点焊，尤其是对工件电极的粘连问题和焊点表面成形质量差的问题更是无能为力。能量是点焊过程的本质问题。从理论上说，能量控制是点焊质量控制中的最为本质的方法。能量控制的理论基础是点焊过程中的产热分析和能量分布分析，而点焊过程中的产热分析和能量分布分析是无法通过实验来进行的。应该说，在目前能量控制的理论依据及如何实现能量控制还没得到很好的解决—[17]。
1.3.2 问题的研究
近年来，国内外学者就铝合金问题做了多方面的研究工作，主要归结为以下几个个面： 由于铝合金易氧化造成焊接区性能不稳定，故采用多参数的线性回归方法预测铝合金点焊时的熔核直径、焊点强度及喷溅情况，监控铝合金的点焊质量。
(1)通过把铝合金点焊的焊接性能和电极寿命试验，提出:在铝合金两面分别镀不同厚度的铬酸盐层，使它与电极的接触电阻相对较小，加速熔核形成，既保证了街头的性能，又能提高电极的使用寿命。
(2)用数值模拟法模拟铝合金点焊过程的热—电—力学过程，分析电极头与铝板接触上的瞬时温度分布，得出熔核尺寸及接触面积随时间的变化规律、电极表面压力及温度的变化规律以及焊接区的等效塑性应变及残余应力分布，并预测点焊熔核的生长、电极磨损和裂纹形成情况等。
(3)点焊熔核孕育处理理论与方法的研究，已取得很好的研究成果，或等了全部凝固组织为等轴晶的点焊熔核，使全部为柱状晶的点焊熔核贴合而出现等轴晶区，缩小熔核柱状晶区，使凝固组织晶粒显著细化。而且研究结果表明，孕育处理可提高点焊接头力学性能，尤其是疲劳强度。为点焊质量监控技术开辟了一条新道路，从“质”的方面根本改善了点焊接头质量。
(4)随机多脉冲回火热处理点焊工艺方法可解决焊接性较差的可淬硬钢的接头脆性和焊接质量不稳定，其工艺特点为：增大电极压力（为相同板厚低碳钢点焊时的1.5-1.7倍），调制焊接电流脉冲（即使用热量递增控制以减轻或避免内喷溅）以防止点焊接头宏观缺陷
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