新能源汽車輕量化領域鋁合金（jīn）焊接技術

汽車工業幾十年的高速發（fā）展所（suǒ）帶來的能源消耗和環境汙染的問題日益突出，已經（jīng）成為全球汽車工業亟需（xū）著手解決的時代命題（tí）。大力發展新能源汽車是應對汽車產業發展危機的有效（xiào）方案（àn），也是實現我國“雙（shuāng）碳（tàn）”目標的重要舉（jǔ）措。但新能源汽車的發展（zhǎn），目前仍麵臨著諸多挑戰，其中續航焦（jiāo）慮是新（xīn）能源汽車推廣的最大障礙。而新能源汽車與傳統燃油（yóu）車結構的不（bú）同，車身更重。在此背景下，新能源汽車的輕量（liàng）化（huà）需求相（xiàng）比傳統燃油車更加迫切。在當前汽車輕量化的（de）手段中，最行之有效的是材料的輕量化（huà）。鋁合金材料作為一種性能優異的輕合金材料，廣泛應用於汽車的輕量化領域（yù）。因此，深入研（yán）究鋁合（hé）金焊接技術，進而提升鋁合金材料焊接（jiē）質量，對（duì）新能（néng）源汽車輕量化的發展具有重要促進意（yì）義。

01   新能源汽車輕量（liàng）化的戰略意義

1.1 新能源汽車的（de）輕量化對提升新能源汽車的續航裏程具有（yǒu）重要意義

為響應我國的“雙碳（tàn）”發展戰（zhàn）略，作為我國能源消耗大戶的（de）汽車行（háng）業，肩負著低碳排放的曆史（shǐ）使命，責任重大。對此（cǐ），近年我國大力發展新能源汽車產業（yè），出台多項政策刺激和引導新能源（yuán）汽車產業的（de）發展。在多方的（de）共同努力下，新能源汽車逐漸被廣大（dà）消費者接（jiē）受與青睞，近年在（zài）國內汽車消費市場的滲透率（lǜ）逐年提（tí）升。具中國汽車工程學會預測，到２０３５年中國汽車市場的大部分份額將（jiāng）被新能源汽車占據，且（qiě）純電動汽車將成為新（xīn）能源（yuán）汽車的絕對主力。對於純（chún）電動汽（qì）車而言（yán），因受製於目前電池技術，整車整備質量相較於傳統燃油（yóu）車反而顯（xiǎn）著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對提升續航裏程有著非常顯（xiǎn）著的作（zuò）用。據統（tǒng）計，在純電動汽車的動力電池重量不變的前提下，整車整備（bèi）質量每減輕１００公斤，續航裏程（chéng）可以（yǐ）增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是汽車發展的三（sān）大趨勢之一，推進新能源汽車的輕量化將（jiāng）助力提升（shēng）我國的汽車產品的競爭力

汽車的輕量化除了可以顯著降低（dī）能量消耗，提升電動汽車的續航裏程外，對提升車輛（liàng）的加速（sù）性能、操作穩定性、製動性能、行車（chē）噪音（yīn）、行駛平順性等也都有明顯的（de）助益。因此，順應汽車（chē）行業的發展趨勢，通過合理（lǐ）的輕量化（huà）材料的運用和結構設計，提升（shēng）新能源汽車的輕量化水平，不僅可以提（tí）升汽車的各項性能指標，還可以有效控製汽車的生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車（chē）產業作為一個產（chǎn）業鏈（liàn）比較長的產（chǎn）業（yè），新能源汽車的（de）輕量化的發展可以帶動產業上下遊相關（guān）領域的轉型升級汽車的輕量（liàng）化涉及汽（qì）車（chē）生產、維修、回收等（děng）多個相關（guān）產業。汽車輕量化（huà）的快速發展必然會刺激汽車輕量化材料的研發和革新，對多材料混合運用技術如焊接（jiē）、鉚接等的發展也將有直接的強（qiáng）勁推動作用，對（duì）汽車的生產裝備也會提出更高的要求（qiú）。近年新能源汽（qì）車技術飛速發展，技（jì）術越來（lái）越成熟，與之配套的充電等社會公共設（shè）施也越來越健全，再加上新能源汽車因相較於傳統燃油車更（gèng）低的用（yòng）車成本等優勢，使新能源車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的（de）銷量開始井（jǐng）噴式增（zēng）長（zhǎng），在此背景下，新能源汽車輕量化旺盛的需求對汽車產業（yè）上下遊相關領域轉型升級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕（qīng）量化領域應用（yòng）的優勢

使用先進的製造工藝、對結構進行優化設（shè）計和應用輕量化（huà）的材料是目前汽車輕量化的三大技術（shù）手段。其中輕量化材料的（de）運用是（shì）最直接、最有效的方式。相比（bǐ）其他工程材料，鋁合金（jīn）材料因具備諸多優勢，因此一開始便便（biàn）到了汽車工（gōng）程師的青睞。具體而言，鋁合金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（fàn）應用於新能源汽車的（de）輕量化領域。鋁合金具有較高的比強度和優良的加工成形性，可以應用（yòng）於製造汽車的（de）各種部件和零件。鋁合金材料可分為（wéi）變形鋁合金和鑄（zhù）造鋁合金（jīn）兩（liǎng）大類型。其中，熱交換器係統部件、車（chē）身骨架（jià）、車門等可以應（yīng）用變形鋁（lǚ）合金製造；而加速踏板、車輪、方向盤（pán）、電機（jī）外殼等可以應用鑄造鋁合金生產。因鋁合金的優良性能，使鋁（lǚ）合金在當前以及今後一（yī）段時（shí）期內都將是新能源（yuán）汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛（fàn）應用（yòng）從某種程度上可以降低新能源汽車的生產（chǎn）製造成本。鋁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（cái）料、碳纖維材（cái）料等（děng）成本更低，此外鋁合金具有良好的耐（nài）蝕性，且熔點低，可以實現非常高的回收利用率，可以實現新能源汽車生（shēng）產材料的循環利用。

（３）鋁合金材料相較於其（qí）他汽車輕量化材料減重潛（qián）力更大。當前主流的汽車輕量化材料有鋁合金、高（gāo）強度鋼、鎂合金、碳纖維材料（liào）等。但其中（zhōng）鎂合金和碳纖維材料因價格（gé）、加工（gōng）工藝等因素的製約，目前使用的並不多。而鋁合金材料相較與高強度鋼，比強度高，密度較小，減（jiǎn）重潛力更大。

（４）鋁合金（jīn）材料製造（zào）工藝成熟，除鑄（zhù）造（zào）等成型工（gōng）藝外，還發展出了焊（hàn）接、鉚接、螺接等多種連接方式。這些工（gōng）藝目前都有成熟的在新能源汽車的生產製造過程中運用。因此，鋁合金材（cái）料在眾多汽車輕量化（huà）材料中脫穎而出，漸漸（jiàn）成為了汽車輕（qīng）量化的主流材料。

03    新能源（yuán）汽車輕量化領域鋁合金材料焊接（jiē）研究現狀

鋁合金在新能源汽車（chē）的輕量化中有著舉（jǔ）足輕重的作用，但在（zài）生產和使用過程仍麵臨（lín）生產工藝、安全等挑戰。汽車生產製造過程中各零部件（jiàn）的（de）連接方式有焊接、鉚接、螺（luó）接等（děng），其中焊接因工（gōng）藝簡單、性價比高、性能優越以及（jí）方便自（zì）動化（huà）流（liú）水作業（yè）等優（yōu）點，是當前汽車零部件連接采取的主要工藝方式。隨著新（xīn）能源汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車的生產製造過（guò）程（chéng）中（zhōng）的應用會越（yuè）來越多。但要提高鋁合金材料在新能源汽車生產製造中的運用量，就不得不對鋁合（hé）金的（de）焊（hàn）接工藝進行更深入的研究，提高鋁（lǚ）合金焊接的質量和效率，並有效降低成本。焊（hàn）接作為一種成熟的連（lián）接方式，目前已經發展出多種技術路線，其中（zhōng）廣泛應用於汽車生產製（zhì）造中的有有（yǒu）激光焊接、非熔（róng）化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊（hàn））等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激光焊接

激光焊接在汽（qì）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。在新能源汽車領域目（mù）前針對鋁合金的激光焊接，國（guó）內外（wài）專家學者的研究主要聚焦在兩個方向：一個方向是激光（guāng）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（hé）金焊接接頭的力學性能和（hé）耐腐（fǔ）蝕性能研究、接（jiē）頭的組織及性能研究等。另外一個方向是鋁（lǚ）合金（jīn）激光焊接過程中的缺陷，如鋁合金激光焊接頭顯微組織的研（yán）究、鋁合金激光焊接接頭氣孔、裂（liè）紋（wén）、變形的預（yù）測研究等。在（zài）國（guó）內外專家學者的共同努力下，鋁合金材料激光焊接工藝得（dé）到了（le）不斷地改善，焊接接頭的力學（xué）性能和耐腐（fǔ）蝕性能（néng）得到了較大幅度的提升（shēng），焊（hàn）接接頭的缺陷率也得到了很（hěn）好的控製，能較好的滿足新能源汽車生產製造（zào）的工藝需求。此外，信息技術的快速（sù）迭代助推了（le）工業機器人的快速發展，以視覺係統、機器人（rén）技術（shù）以及信（xìn）息技術加持的遠程激光焊（hàn）接技（jì）術也在快速的發展。新能源汽車生產過程的鋁合金材料激光焊接技術的自動化、智能化程度越（yuè）來越高。

3.2 新能源汽（qì）車領域鋁合金非熔化極惰性氣體保護電弧（hú）焊（ＴＩＧ 焊（hàn））

非熔化極惰性氣體保（bǎo）護電弧焊非常適用與薄板鋁合金（jīn）材料的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可以獲（huò）得美觀的連續魚鱗狀焊縫（féng），還能自動同步（bù）清除鋁合金焊接件表（biǎo）麵的氧化膜，進而（ér）改善鋁合金焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著（zhe）天然的自身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，當有（yǒu）承載大電流時，容易（yì）被熔化和蒸發，由此（cǐ）產生（shēng）的鎢（wū）電極微粒，也有（yǒu）掉（diào）入焊接熔池影響焊接質量（liàng）的可能。除此之（zhī）外（wài），生產效率低、熔深淺、熔（róng）敷速度小等（děng）不能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（yù）的應用。為了適應新能源汽車工業快速發展（zhǎn）對於鋁合金焊接高質量、高效率的生產要求，近年不少學者對（duì）ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研發出了（le）雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明（míng）顯（xiǎn）增加，改變了傳統（tǒng）ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板（bǎn）材（cái）焊接（jiē）的境況，而且在即使沒有焊絲的情況下也能（néng）照常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效（xiào）率不高的弊端，焊接速度在傳（chuán）統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍以上，而且焊接電弧（hú）穩定，沒有較大波動，確保了（le）鋁合金焊接接頭優（yōu）良的（de）性能，以及良好的（de）焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則（zé）在焊接質量上進行了改善（shàn）和提升，在相同的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於（yú）傳統ＴＩＧ焊（hàn）可（kě）以采用更小的焊接電流，進而可以減少鋁合金在焊接過程中的熱變形，與此同時為增加鋁合金焊（hàn）接件的焊縫力學性能（néng），Ａ－ＴＩＧ焊還（hái）改變（biàn）了活（huó）性劑的組成，使鋁合（hé）金焊接接頭的組織（zhī）性能得到提升。

3.3 新（xīn）能源汽（qì）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（xué）者的持續關注（zhù）和深入研究（jiū），鋁合金焊接技（jì）術得到（dào）不斷提升，焊接方式也日益豐富（fù）成熟。在當前眾（zhòng）多鋁合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ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得非常優質的焊接構件，因此在工程應用中（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（diǎn），近年研發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性（xìng）脈衝ＭＩＧ焊以（yǐ）及ＣＭＴ焊便（biàn）是鋁（lǚ）合金ＭＩＧ焊（hàn）新工藝（yì）中應用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改（gǎi）進優（yōu）化單脈（mò）衝焊接技術發展而來，具有可調參數多，可合理的控製輸入能量，以及可對焊接工藝參數（shù）進行靈活（huó）的匹（pǐ）配等優點。使用雙脈衝（chōng）ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料可（kě）以獲得穩定可（kě）靠的（de）高質量的焊（hàn）縫。在眾多工業領域廣泛應用的雙極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向接法脈衝（chōng）ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直（zhí）流正向（xiàng）接法脈（mò）衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在（zài）焊接過程中，可（kě）以對輸入（rù）的能（néng）量進行精確地控製，可以使熔池與焊絲快速（sù）分離，有效（xiào）地（dì）減（jiǎn）少飛濺（jiàn）。因具有以上優點，ＣＭＴ焊（hàn）特別適合於超薄板的焊接，可以獲得較高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新（xīn）能（néng）源汽車領（lǐng）域鋁（lǚ）合金攪（jiǎo）拌摩（mó）擦焊（hàn）（ＦＳＷ 焊）

鋁（lǚ）合金攪拌摩（mó）擦焊經過（guò）近３０年的發展（zhǎn），在厚鋁合金板材焊接方（fāng）麵有了重大突破，已經可以高（gāo）效率高質量的焊接１．２至６毫米（mǐ）的厚鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊（hàn）經過幾十年的發展革新，也從單一能場焊接發展出了多種複合能場（chǎng）焊機方式。鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊的研究也吸引了國內（nèi）外學者的（de）關注，其中攪拌（bàn）摩擦焊焊接接頭的裝配方式和焊接工藝參數是當下研究的重點。其中，在接頭裝配方式的（de）選擇上，有（yǒu）Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽（qì）車（chē）輕量化領域鋁合金材料焊（hàn）接研究展望

科技一（yī）般指科學技（jì）術。社會上習慣於把科學和技術連在一起，統稱為科學技術（shù），簡稱科技。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。實際二（èr）者既有密切聯係，又有重要區別（bié）。科學解決理論問題，技術解決實（shí）際（jì）問題。

新能源汽車尤其是其中（zhōng）的純電動汽車，因電池技術的瓶頸和自身結構的特殊性，車輛的迫切（qiē）需要輕量化，以期（qī）通過減少自身重量（liàng）從而增加續航裏程。鋁合金材料不僅性能優異且可實現再（zài）生循環（huán）利用，因此在汽車輕量化材料中具（jù）有明顯的（de）優勢，越來越廣泛的應用於（yú）新能源汽車的生產製造（zào）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多數的傳統（tǒng）燃油車。隨著我國新能源汽車近幾年的井噴（pēn）式發展，必然會進一步拉（lā）動鋁合金在汽車行業的廣泛應用。因此（cǐ）關於提升（shēng）鋁合金焊接件的焊接質量的研究將會成為研（yán）究焦點。鋁合（hé）金激光焊接、鋁合金（jīn）熔化（huà）極惰性氣體保護焊（hàn）（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究將會更加深入，為新（xīn）能源汽車輕量（liàng）化中鋁合金的應用，提供更加堅實（shí）的技術支撐，從而保障鋁合金在新能源汽車的生產製造中（zhōng）充分發揮減重優勢。

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