新能（néng）源汽車輕量化（huà）領域鋁合金焊接技術

汽（qì）車工業幾十年的高速發展所帶來的能源消耗（hào）和環境汙染的（de）問題日益突出，已經成為全（quán）球汽車工業亟需著手解決的時代命題。大力發展新能（néng）源汽車是應對（duì）汽車產業（yè）發展危機的有效方案，也是（shì）實現我國（guó）“雙碳”目（mù）標的重要（yào）舉措。但新能（néng）源汽車的發（fā）展，目前仍麵（miàn）臨著諸多挑戰，其中續航焦慮（lǜ）是新能源汽（qì）車推廣的最（zuì）大障礙。而新能源汽車與傳統燃油車（chē）結構的不同，車身更重。在此背景下，新能源汽車的輕量化（huà）需求（qiú）相比傳統燃油車（chē）更加迫切。在當前汽車輕量化的手段中，最行之有效的是材料的輕量化。鋁（lǚ）合金材料作為一種（zhǒng）性能優（yōu）異的輕合（hé）金材（cái）料，廣泛應用於汽車（chē）的輕量化（huà）領域。因此，深入研究鋁（lǚ）合金焊接技術，進而提升鋁（lǚ）合金材料焊接質量，對新能源汽車輕量化（huà）的發展具有重要促（cù）進意義。

01   新能源汽車輕量（liàng）化的戰（zhàn）略意（yì）義

1.1 新能源汽（qì）車的輕量化對提升新能源汽車的續航裏程具有重要意義

為響應我國的“雙（shuāng）碳（tàn）”發（fā）展戰略，作為我國能源消耗大戶的汽（qì）車行業，肩負著低碳排放的曆史使命（mìng），責任重大。對（duì）此，近年我國大力發展新能源汽車產業，出台多項政策刺激和引（yǐn）導（dǎo）新能源汽車（chē）產業（yè）的（de）發展。在多方的（de）共同努力下，新能源汽車逐漸被廣（guǎng）大消費者接受與青睞（lài），近年在國內汽車消費市場的滲透率逐年提（tí）升。具中國汽車工（gōng）程學（xué）會預測，到２０３５年中國汽車市場的大部（bù）分份額將被新（xīn）能源汽車占據，且純電動汽車將成為新能源汽車的絕對主力。對於純電動汽車而言，因受製於目前電池技術，整車（chē）整備質量相較於傳統燃油車反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對提升續航裏程有著非常（cháng）顯著（zhe）的作用（yòng）。據統計，在純（chún）電動汽車的動力電池重量不變的前（qián）提（tí）下，整車整備質量每（měi）減輕１００公斤，續航裏程可（kě）以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是汽車發展的三大趨勢之一，推進（jìn）新能源汽車的輕量化將助力提升我國的汽車產品的（de）競爭力

汽車的輕量化除了可以顯著降低能量消耗，提升電動汽車的續航裏程外，對提升車輛的加速性（xìng）能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行駛平順性等也都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展（zhǎn）趨勢（shì），通（tōng）過合理的輕量化材料的運用和結（jié）構設計，提升新能源汽車的輕量化水平，不僅可以提升汽車的（de）各項性能指標，還可以有效控製汽（qì）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比較長的產業，新能源汽車的輕量化的發展（zhǎn）可以帶（dài）動產業（yè）上下遊相關（guān）領域的轉型升（shēng）級（jí）汽車的輕量化涉及汽車生產、維修、回收等多個相關產業（yè）。汽車輕量化的快速（sù）發（fā）展必然會刺激汽車（chē）輕量化材（cái）料的研發和革新，對多材料混合運用技術（shù）如焊接、鉚接等的（de）發展也將有直接（jiē）的強勁推動作用，對汽車（chē）的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能源汽車技術飛速發展，技術越來越成熟，與之配套的充電等社會公共設施也越（yuè）來越健全（quán），再加上新能源汽車因（yīn）相較（jiào）於傳統燃油車（chē）更低的用車成本等優勢，使新能源車越（yuè）來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開始井噴式（shì）增長，在此背景下，新能源汽車輕量化旺盛的需求對汽車產業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（jīn）在新能（néng）源 汽車輕量化領域應用的優勢

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

（１）鋁合金材料可以（yǐ）廣泛應用於新能源汽車的輕量（liàng）化領域。鋁合金具有較高（gāo）的比強度和優良的加工成形性（xìng），可以應用於製造汽車的各種部件和零件。鋁合金材料可分為變形鋁合金和鑄（zhù）造鋁合金兩大類型。其中，熱交換器係（xì）統部件、車（chē）身骨架、車門（mén）等可以應用變形鋁合金製造；而加速踏（tà）板、車輪、方向盤、電機外殼等可以應用鑄造（zào）鋁合（hé）金（jīn）生產。因鋁合金的優良性（xìng）能，使鋁合金在當前以及今後一段時（shí）期內都將是新能源（yuán）汽車輕量（liàng）化的主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從某種程度上可以降低新能源（yuán）汽車的生產製造成本。鋁礦在地球上的儲存（cún）量非（fēi）常大，因此（cǐ）鋁合（hé）金材料相較於鎂合金材料、碳（tàn）纖維材料等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔（róng）點低，可以實現非常高的（de）回收利用率，可以實現新能源汽車生產材（cái）料的循（xún）環利用。

（３）鋁（lǚ）合金材（cái）料相較於其（qí）他汽車輕量化材料（liào）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（gāng）、鎂合金、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價格、加工工藝等因素的製約（yuē），目前使用（yòng）的（de）並不多。而（ér）鋁合金材料相較與高（gāo）強度（dù）鋼，比強度高，密度較小，減重潛力更大。

（４）鋁合金材料（liào）製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出（chū）了焊接（jiē）、鉚接、螺接等多種連接方式。這些工藝目前都有成熟（shú）的在（zài）新能源汽車的生產製造過程中運（yùn）用（yòng）。因此，鋁合金材（cái）料在眾多汽車輕量化（huà）材料中脫穎而（ér）出，漸漸成為了（le）汽車輕量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究現狀

鋁合金在新能源汽車的輕量（liàng）化中有著舉足輕重的作用，但（dàn）在生產和使（shǐ）用過程仍麵臨生產工藝、安全等挑戰。汽車生產製（zhì）造過程中各零部件的連接（jiē）方式有焊接、鉚接、螺接等，其（qí）中焊接因（yīn）工藝簡（jiǎn）單、性價比高、性能（néng）優越以及方便自動化流水作業等優點，是當前汽車（chē）零部件連接采（cǎi）取的主要工藝方式。隨著新能源汽車輕量化需（xū）求的日益旺盛（shèng），鋁合金在新能源汽車（chē）的生（shēng）產製造過程（chéng）中（zhōng）的應用會越來越多。但要提高鋁合（hé）金材料在新（xīn）能源汽車生產製造中的運用量，就不得不對鋁合金的焊接工（gōng）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（běn）。焊接作為一種成熟的連（lián）接方式，目前已（yǐ）經發展出多種技術路線，其中廣泛應用（yòng）於（yú）汽車（chē）生產製造中（zhōng）的有有激光焊接（jiē）、非熔化極惰性氣體保護電（diàn）弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性（xìng）氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新（xīn）能源汽車領域鋁合金激光焊接

激光焊接在汽車生產製造過程中應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接變（biàn）形小，焊接能量密度高的技術特點。在新（xīn）能（néng）源汽車領域目前針對鋁合（hé）金的激光焊接，國內外專家學者的研究主（zhǔ）要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個方向是激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭性能影響，如激光焊（hàn）接（jiē）工藝對鋁合金焊接接（jiē）頭的（de）力學性能和耐腐蝕性能研究、接頭的組織及性能研（yán）究等。另外（wài）一個方（fāng）向是鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合金激光焊接頭顯微（wēi）組織的研（yán）究、鋁合金激光焊接接頭氣孔、裂紋（wén）、變形的預測研究（jiū）等。在國內外專家（jiā）學者的共同努力下，鋁合金材料激光焊接工藝得到了不斷地改善，焊接接頭的力學性（xìng）能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的提升，焊接接頭的缺陷（xiàn）率也得到了很好的控製，能較好的滿足（zú）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（sù）發展，以視覺係統、機器（qì）人技術以及信息技術（shù）加持的遠程激光焊接技術也在（zài）快（kuài）速的發展。新能源汽車生產過程的鋁（lǚ）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（xīn）能源汽車領域鋁合金非（fēi）熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體保護電弧焊（hàn）非常適用與薄板鋁合金材料的焊接（jiē），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（lián）續魚鱗狀焊縫，還能自動同步清除鋁合金（jīn）焊接件表麵的氧化膜，進而改善鋁合金焊（hàn）接接頭的質量（liàng）。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自（zì）身缺陷，它的鎢電（diàn）極承載（zǎi）電流的能力有限，當有承載大電流時，容易被熔化和蒸發，由此產生的鎢電（diàn）極微（wēi）粒，也有掉入焊接熔池影響焊接質量的可能。除（chú）此之（zhī）外，生產效率低、熔深淺、熔敷速度小等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（zài）新能源汽車領域（yù）的應用。為了適（shì）應新能源汽車工業快速發展（zhǎn）對於（yú）鋁合（hé）金焊接高質量、高效率的生產要（yào）求，近年（nián）不少學者對ＴＩＧ焊接進（jìn）行了（le）改進研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等（děng）焊接方法。雙槍ＴＩＧ焊焊（hàn）接電弧集中，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境況，而且在即使沒（méi）有焊絲（sī）的情況下也能照常進行有（yǒu）效的焊（hàn）接（jiē）。熱絲ＴＩＧ焊（hàn）攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊（bì）端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍以上，而且焊（hàn）接電弧穩定，沒有較大波動，確保了鋁合金（jīn）焊接接頭優良的性能，以及良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量上進行了改（gǎi）善和提（tí）升，在相（xiàng）同的（de）焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）相較於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可以減少鋁（lǚ）合金在焊接（jiē）過程中的熱變形，與此同時為增加（jiā）鋁合金焊接件的焊（hàn）縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變（biàn）了活性劑的組成，使鋁合金焊（hàn）接接頭的組織性能得到提升。

3.3 新能源（yuán）汽車領域鋁合金熔化極惰性（xìng）氣體（tǐ）保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者的持續關（guān）注和深入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提升（shēng），焊接方式也日益豐富成熟。在當前眾多鋁（lǚ）合金焊接技術中應（yīng）用最廣泛的是熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊（hàn）焊接鋁合金可以獲得非常優質的焊接構件，因此在工程（chéng）應用中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也（yě）是專家學者們研究的焦（jiāo）點，近年研發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以（yǐ）及（jí）ＣＭＴ焊便是鋁合（hé）金ＭＩＧ焊新工藝中應用頻率最高的。雙脈（mò）衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單（dān）脈衝焊接技術（shù）發展而來，具有可調參數多，可合理（lǐ）的控製輸入能（néng）量，以及可對焊接工（gōng）藝參（cān）數進行靈活的匹配等優點（diǎn）。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接（jiē）鋁合金（jīn）材料可以獲（huò）得穩定可靠的高質量的焊縫。在眾多工業領（lǐng）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（jí）焊）和直流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為短路過（guò）渡焊（hàn）技術的ＣＭＴ焊在焊接過程（chéng）中（zhōng），可以對輸入的能量進行（háng）精確地控製，可以使熔池與焊絲快速分離，有效（xiào）地減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的（de）焊接，可（kě）以獲得較高質量（liàng）水平的超薄板焊（hàn）件。

3.4 新能源汽（qì）車領域鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金（jīn）攪拌摩擦焊經過近３０年的發展，在厚鋁合金板材焊接方麵有了重大突破（pò），已經可以高效率高質量的焊接１．２至６毫米的厚鋁合金（jīn）板材。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十年的發展革（gé）新（xīn），也從單（dān）一能場焊接發展出了多種（zhǒng）複合能場焊機方式。鋁（lǚ）合金（jīn）攪拌摩擦焊的研究也吸引了國內（nèi）外學者（zhě）的關注，其中攪拌摩擦焊焊接接頭的裝配方式和（hé）焊接工（gōng）藝參數是當下研究的重（chóng）點。其中（zhōng），在接頭裝配（pèi）方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能（néng）源汽車（chē）輕量化領域鋁合金材料焊接研究展望

科技一般指科學技術。社會上（shàng）習慣於把科學和技術連在一起，統稱（chēng）為科學（xué）技術，簡（jiǎn）稱（chēng）科技。實際二者既有密切聯係（xì），又有重要區（qū）別。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。科（kē）學解決（jué）理論問題，技術解決實際問題。

新能源汽車尤（yóu）其是其中的（de）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（pò）切需要輕量化，以期通過減少自身（shēn）重量從而增加續航裏程。鋁合金材料（liào）不僅性能優異且可實現再（zài）生循環（huán）利用，因此（cǐ）在汽車輕量化材料中具有明顯的優（yōu）勢，越來越廣泛的應用於（yú）新能源汽車的生產製造過程中。新能源汽車在生產製造（zào）中的鋁合金使用量已（yǐ）經超過多數的傳統燃油車。隨著我國新（xīn）能源汽（qì）車近幾（jǐ）年的井噴式發展，必然會進一步拉動鋁合金在汽車行業的廣泛（fàn）應用。因此（cǐ）關於提升鋁合金（jīn）焊接件的（de）焊接質量的（de）研究將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性（xìng）氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合（hé）金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究將會更加（jiā）深入（rù），為新能源（yuán）汽車輕量化中鋁合金（jīn）的應用，提（tí）供更加堅實的（de）技術支撐，從而保障鋁合金在新能源汽（qì）車的生產製造中（zhōng）充（chōng）分發揮減重優勢。

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