新能源（yuán）汽車輕量化領域鋁合金（jīn）焊接技術

汽車工業（yè）幾（jǐ）十年的高速發（fā）展所帶（dài）來的能源消耗和（hé）環境汙染的問題日益突出，已（yǐ）經成（chéng）為全球汽車工業（yè）亟需著手解決的時代命題。大力（lì）發展新能源（yuán）汽車是應對汽車產業發展危機的有效方案，也是（shì）實現我國“雙碳（tàn）”目標的重要舉措（cuò）。但新能源汽車的發展，目前仍麵臨著諸多挑戰，其中續航焦慮是新能源（yuán）汽車（chē）推（tuī）廣的最大障礙。而新（xīn）能源汽車與傳統燃油車結構的不同（tóng），車身更重。在此背景（jǐng）下，新能（néng）源汽（qì）車的輕量化需求相比傳統燃油車更加迫切。在當前（qián）汽車（chē）輕量化（huà）的手段中，最（zuì）行之（zhī）有效的是材料的輕量（liàng）化（huà）。鋁合金材料作為一種性能優異的輕合金材料（liào），廣泛應用於汽車的輕量化領域。因此，深入研究鋁合金焊接技術，進而提升鋁合金材料焊接質量，對新能源汽車輕量（liàng）化的（de）發展具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕量（liàng）化的戰（zhàn）略意義

1.1 新能源汽車的輕量化對提升新能源汽車的續航裏程具有重要意義

為響（xiǎng）應我國的“雙碳”發（fā）展（zhǎn）戰略，作為我國能源消耗大戶的汽車行業，肩負著低（dī）碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年我國大力發展新能源（yuán）汽車產業，出台多項（xiàng）政策刺激和引導新能源汽車產業的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸（jiàn）被廣大消費者接受與青睞，近年在國內汽車消費市場（chǎng）的（de）滲透率逐年提升。具中國汽車工程學會（huì）預測，到２０３５年中國汽車市場（chǎng）的大部分份額將被新能源汽車占據（jù），且純電動汽車將成為新（xīn）能源汽車的絕（jué）對主力。對（duì）於純電（diàn）動（dòng）汽車而（ér）言，因受製於目前電池技術，整車整備質量相較於傳（chuán）統燃油車反而（ér）顯著增加，增（zēng）量達１５％－４０％。整車的輕量化對提升續航裏程有著非常顯著的作用。據統計，在純（chún）電動汽（qì）車的動力電池重（chóng）量不變的前提下，整車整備質量每減輕１００公（gōng）斤，續（xù）航（háng）裏程可以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是汽車發展的（de）三大趨勢之一，推進新能（néng）源汽車（chē）的（de）輕量化將助力提升我國的汽（qì）車（chē）產品的競（jìng）爭力

汽（qì）車的輕量化除了可以顯著降（jiàng）低能量消耗，提（tí）升電動汽車的（de）續航裏程（chéng）外，對提升車輛的加速性（xìng）能、操作（zuò）穩定（dìng）性（xìng）、製動性能（néng）、行車噪音、行駛平順性等也都有明顯的助益（yì）。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕量化材料的（de）運用和結構設計，提升新能源汽車的輕量化水平（píng），不僅可以提升汽車的各項性能指標（biāo），還可以有效控（kòng）製汽車的生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業鏈（liàn）比較長的產（chǎn）業，新能源汽車的輕量化（huà）的發展可以帶動產業上（shàng）下遊相關（guān）領域的轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生產、維修、回收等多個相關產（chǎn）業。汽車輕量化的快速發展必然會刺激汽車輕量化材料的研（yán）發（fā）和（hé）革新，對多材料（liào）混合運用技術如焊接、鉚接等的發展也將有直接的強勁（jìn）推動作（zuò）用（yòng），對汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能源汽車技術（shù）飛速發展，技術越來（lái）越成熟，與之配套的（de）充電等社會公共設施也越來越（yuè）健全，再加上新能源汽（qì）車因相較於傳統燃油（yóu）車更（gèng）低的用車成本等優勢，使（shǐ）新能源車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開始井噴式增長，在（zài）此背景（jǐng）下（xià），新能源汽車輕量化旺（wàng）盛的需求對汽車產業上下遊相關領域（yù）轉型升（shēng）級的推動（dòng）作用越來越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應用的優勢

使用先（xiān）進的製（zhì）造工（gōng）藝、對結構進行（háng）優化設計和應用輕量化的材料是目前汽車輕量化的三大技術手段。其中輕（qīng）量化材料的運用是最直接、最有效的方式。相比其他工程材料，鋁合金材料因具（jù）備諸多優勢，因此一開始便便到了汽車工程師的青睞。具體而言，鋁（lǚ）合金（jīn）在新能源汽車的輕量化領域具有一下優勢：

（１）鋁合金材料可以廣泛應用於（yú）新能源汽車（chē）的輕量化（huà）領域。鋁合（hé）金具有較高的比強度和優良（liáng）的加工成形性（xìng），可以應用於製造汽車的（de）各種部件和零件。鋁合金材料可分為變形鋁合金和鑄造鋁（lǚ）合金兩大類（lèi）型。其中，熱交（jiāo）換器係統部件、車身骨架、車門等可以應用變形鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方向盤（pán）、電機外殼等可以應用（yòng）鑄造鋁合金生產。因鋁（lǚ）合金的（de）優良性（xìng）能，使鋁合金在當前以及今後一段時期內都將是新能（néng）源（yuán）汽車輕（qīng）量化的（de）主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應（yīng）用從（cóng）某種程（chéng）度上可以降低新能源汽車的生產製造成本。鋁（lǚ）礦在地球上的儲存量非（fēi）常大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳（tàn）纖維材（cái）料等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐蝕性，且（qiě）熔點低，可以實（shí）現非常（cháng）高（gāo）的回收利用率，可以實現新能源汽車生產材料的循環利用（yòng）。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車輕量（liàng）化材料減重潛力更大。當前主流的汽車輕量化材料有鋁合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖維材料（liào）等。但其中鎂合金和碳纖（xiān）維（wéi）材料因價格、加工工藝等因素的製約，目前（qián）使用的並不多。而鋁（lǚ）合金材料相（xiàng）較與（yǔ）高強（qiáng）度鋼，比強度高，密度較小，減（jiǎn）重潛力更大。

（４）鋁合金材料（liào）製造工藝成熟，除（chú）鑄造等成型工藝外，還發展出了焊接、鉚接、螺接等多種連（lián）接方式。這些工藝目前都有成熟的在新（xīn）能源汽車的生產製造過（guò）程中運用。因此，鋁合金材料在眾多汽車（chē）輕量化材料中脫穎而出，漸漸成為了汽車輕（qīng）量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化（huà）領域鋁（lǚ）合金材料焊接（jiē）研究現狀

鋁合金在新能源汽車的輕量化中有（yǒu）著舉足輕重的作用，但在生產（chǎn）和使用過程仍麵臨（lín）生（shēng）產工藝、安全（quán）等挑（tiāo）戰。汽（qì）車生產（chǎn）製造過程中各零部件的連接方式有焊（hàn）接、鉚（mǎo）接、螺接等，其中（zhōng）焊接因工藝簡單、性價比高、性能（néng）優（yōu）越以及方便自動化流水作業等優點，是當前汽車零部件連接采取的主要工藝方式。隨著新能源汽車輕（qīng）量化（huà）需求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車的生產製（zhì）造過程中的應用會越來越多。但要提高鋁合金材料在（zài）新能源汽車生產製造中（zhōng）的運用量，就不得不對鋁合金（jīn）的焊接工藝進行更深（shēn）入的研究，提高鋁（lǚ）合金焊接（jiē）的質量和（hé）效率，並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發展出多種技術路線，其中（zhōng）廣泛（fàn）應用於汽車生產製造中的有有激光焊接、非熔化極惰性氣體（tǐ）保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣（qì）體保護（hù）焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激光（guāng）焊接

激光焊接在汽車（chē）生產製造過程中（zhōng）應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小（xiǎo），焊接能量密度高的技術特點。在新能源汽（qì）車領域目前針對鋁合金的激光焊（hàn）接，國內外（wài）專家學者的研究主要聚焦在兩（liǎng）個（gè）方向：一個方向（xiàng）是激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭性能影響，如激光焊接工藝對鋁合金焊接（jiē）接頭的力學性能和（hé）耐（nài）腐蝕性能研究（jiū）、接頭的組織（zhī）及性能（néng）研究等（děng）。另外（wài）一個方向是鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合（hé）金（jīn）激光焊接頭顯微組織的（de）研究、鋁（lǚ）合（hé）金（jīn）激光焊（hàn）接接頭氣孔、裂紋、變形的預測研究等。在國內（nèi）外（wài）專家學者的共同努力下，鋁合金材料激光焊（hàn）接（jiē）工藝得到了不斷地改善（shàn），焊（hàn）接接頭的力學性能和耐腐蝕性能得（dé）到了較大幅度的提升，焊接接頭的缺陷率也得到了很好的控製，能（néng）較好的滿足新能源汽車生產製造的工藝需求。此外，信息技術的快速迭代助推了工業機器人的快速發展，以視覺係（xì）統、機器人技術以及信息技術加持的遠程激光焊接技術也在快速的發展。新能源汽車（chē）生產過程的鋁合金材料激光焊（hàn）接技術的自動化（huà）、智（zhì）能化程度越來越高。

3.2 新能源（yuán）汽車領域鋁合金非（fēi）熔（róng）化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體（tǐ）保護（hù）電弧焊非常適用與薄板鋁合金材料的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合（hé）金不僅可以獲得美觀的連續魚鱗（lín）狀焊縫，還（hái）能（néng）自動同（tóng）步清除（chú）鋁合金焊接件表麵的氧化膜，進而改善鋁合金焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的（de）自身缺（quē）陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，當有承載大電（diàn）流（liú）時，容易被熔化和蒸發，由此產生的鎢電極微粒，也有掉入焊接（jiē）熔池影響焊接質量的可能。除此之外，生（shēng）產效率低、熔深淺、熔敷速度小等不能（néng）滿足高效高質量的焊接要求的缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的（de）應用。為了適應新能源汽車工業快速發展對於鋁合金焊接高質（zhì）量、高效（xiào）率的生產要求，近年不少學者對ＴＩＧ焊接進（jìn）行（háng）了改（gǎi）進研究（jiū），成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊（hàn）、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）等焊接方法。雙槍（qiāng）ＴＩＧ焊焊接（jiē）電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材焊接的（de）境況，而且在即使沒有焊絲的情（qíng）況（kuàng）下也能照常進行有效（xiào）的焊接。熱絲ＴＩＧ焊（hàn）攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高（gāo）了一倍以上（shàng），而且焊接電弧穩定，沒（méi）有較大波動，確（què）保了鋁合金焊接接頭優良的性能，以（yǐ）及良好的焊（hàn）接成形外（wài）觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在（zài）焊接質量（liàng）上進行了改善和提升，在相同的（de）焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統（tǒng）ＴＩＧ焊可（kě）以（yǐ）采用更小的焊接電（diàn）流，進而可以減（jiǎn）少鋁（lǚ）合金在（zài）焊接過（guò）程中的（de）熱變形，與（yǔ）此同時為增加鋁合金焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變（biàn）了活性劑的組成，使鋁合金焊接接頭的組織性能得到提（tí）升。

3.3 新能源汽車領域鋁合金熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者（zhě）的持續關注和深（shēn）入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊接方（fāng）式也日益豐富成熟。在當（dāng）前眾多鋁合（hé）金焊接技術中應用最廣泛的是熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用（yòng）ＭＩＧ焊（hàn）焊接鋁合金可以獲得非常（cháng）優質的焊（hàn）接構件，因此在工程（chéng）應用中（zhōng）ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們研究的焦點，近年研發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新（xīn）工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊新工藝（yì）中應用頻率（lǜ）最高（gāo）的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改（gǎi）進優化單脈衝焊接（jiē）技（jì）術發展而來（lái），具有可調參數多，可合理的控製輸入（rù）能量，以及可對焊接工（gōng）藝參數進行靈活的（de）匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料可以獲得穩定可（kě）靠的高質量的焊縫。在眾多工（gōng）業（yè）領域廣泛應用的雙極性脈衝ＭＩＧ焊則（zé）結合了反向接法（fǎ）脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊（hàn））和直（zhí）流（liú）正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸入的能（néng）量進行精確地控製，可以使（shǐ）熔池與焊絲快速（sù）分離，有效地減少飛濺。因具有以上（shàng）優點，ＣＭＴ焊（hàn）特別（bié）適合於超薄板的焊接，可以獲得較高質量水平的（de）超薄板焊件。

3.4 新能源汽車（chē）領域鋁合金（jīn）攪拌（bàn）摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊經（jīng）過近３０年的發展，在厚鋁合金板材焊接方麵有了重大突（tū）破，已經可以高效率高質量的焊接１．２至６毫米的厚鋁合金板材。鋁合金攪拌（bàn）摩擦焊經過幾十年的發展革新，也（yě）從單一能（néng）場焊接發展出了（le）多種複（fù）合能場焊機方（fāng）式。鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊的研究也吸引了國內外學者的關注，其中攪拌摩擦焊（hàn）焊接接頭的裝配方式和焊接工（gōng）藝參數（shù）是當下研究的重（chóng）點。其中，在接（jiē）頭裝配（pèi）方式的選擇上（shàng），有Ｔ型裝配、對（duì）接、對－搭接和搭接（jiē）等。

04   新能源（yuán）汽車輕量化（huà）領域（yù）鋁合金材料焊接研究展望

科技一般指科學（xué）技術。社會上習慣於（yú）把科學和技術連在一起，統稱為科學技術，簡稱科技。實際（jì）二者（zhě）既（jì）有密切（qiē）聯係（xì），又有重要區別。實際二者既有密切聯係（xì），又有重要區別。科學解決（jué）理論問題，技術解決實際問題。

新能源汽車（chē）尤其是其中的純電動汽車，因電池（chí）技術的瓶頸（jǐng）和自身（shēn）結構的特殊性（xìng），車輛的（de）迫切需要輕量化，以（yǐ）期通（tōng）過減少自身重量從而增加續航裏程。鋁合（hé）金材料不僅性能優異且可實現再生循環利用，因此在汽車輕量化材料（liào）中具有（yǒu）明顯的優勢，越來越廣泛的（de）應用於新能源汽車的生產製（zhì）造過程中。新能源汽車在生產製造中的鋁合金使用量已經超過（guò）多數的傳統（tǒng）燃油車。隨著我國新能源汽（qì）車近幾年（nián）的井噴式發展，必然會進一步拉動鋁合金在汽車行業的廣（guǎng）泛應用。因（yīn）此關於提升鋁合金焊接件的焊（hàn）接質量的研究將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極（jí）惰性氣體（tǐ）保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁（lǚ）合（hé）金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等（děng）鋁合金焊接技（jì）術的研（yán）究將會更加深（shēn）入，為新能（néng）源汽車輕量化中鋁合金的應用，提供更加堅實的技術支撐，從而保障鋁合金在（zài）新能源汽車的生產製造中充分發（fā）揮減重優勢。

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