新能源汽車輕量化領域（yù）鋁合金焊接技（jì）術

汽車工業幾（jǐ）十年的高速發展所帶來的能源消耗和環境汙染的問題日益突出，已經成為全球汽車工業亟（jí）需（xū）著手解決的時代命（mìng）題。大力發展新能源汽車是應（yīng）對汽車產業發展危機的有效方案，也是實現我國“雙碳”目標的重要舉措。但新能源汽車的發展，目前仍麵（miàn）臨著諸多挑戰，其中續（xù）航（háng）焦慮是新能源汽車推廣的最大（dà）障礙。而（ér）新（xīn）能源汽車與傳統燃油（yóu）車結（jié）構的不同（tóng），車身更重。在此背（bèi）景（jǐng）下，新能源汽車的輕量化需求相比傳統燃油（yóu）車更（gèng）加迫切。在（zài）當（dāng）前汽車輕量化的（de）手（shǒu）段中，最行之有（yǒu）效的是材料的輕量化。鋁合金材料（liào）作（zuò）為一種性能優異（yì）的輕合金材（cái）料，廣泛應用於汽車（chē）的輕量化（huà）領域。因（yīn）此，深入研究鋁合金焊接技術，進而提升鋁合金（jīn）材料焊接質量，對（duì）新能源汽車輕量化的發展具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰略意義

1.1 新能源汽車的輕量化（huà）對提升新能源汽車的續航裏程具（jù）有（yǒu）重要意義

為響應我國（guó）的“雙碳”發展戰略（luè），作為我國能源消耗大戶的汽車行業，肩負著低碳（tàn）排放的曆史使命（mìng），責任重大。對此（cǐ），近年我國大力發展新能（néng）源汽車產業，出台（tái）多項政策刺激和引導新能源汽車產業的（de）發展。在多方的（de）共同努力下（xià），新能源汽車逐漸被廣大消（xiāo）費者接受與青睞，近年在國內汽車消費市場的滲透率（lǜ）逐（zhú）年（nián）提升。具中國汽車工程（chéng）學（xué）會預測，到２０３５年中國汽車（chē）市場的大部分份額將（jiāng）被新能源汽車占據，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（ér）言，因受製於目前電（diàn）池技術，整車整備質量相較於傳（chuán）統燃油車（chē）反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整（zhěng）車的輕量化對提升（shēng）續航（háng）裏程有著非常顯著的作用。據統（tǒng）計，在純電動汽車的（de）動力電池重量不變的前提下，整車整備質量每減（jiǎn）輕１００公斤，續航裏程可以（yǐ）增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是汽車（chē）發展的三大趨勢之（zhī）一，推進新能源汽車的輕（qīng）量化將助力提升我國的汽車產品的競爭（zhēng）力（lì）

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（zhù）益（yì）。因此，順應（yīng）汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕量化材料的運（yùn）用和結（jié）構（gòu）設計，提升新能源汽車的輕量化水（shuǐ）平，不僅可以提升汽車（chē）的各項（xiàng）性（xìng）能指標，還可以有（yǒu）效控製（zhì）汽車的生產成本，提高市場競爭（zhēng）力。

1.3 汽車產業（yè）作為一個產業鏈比較長的（de）產業，新能源汽車的（de）輕量化的發展可以帶動產業上下遊相關領域的轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生產（chǎn）、維修、回收等多個相關產業。汽車輕量化（huà）的快速發展必然會刺激汽車輕（qīng）量化材料的（de）研發和革新，對多材料混（hún）合運用技術如焊接、鉚接等的發（fā）展也將有（yǒu）直（zhí）接（jiē）的強勁推動作用，對汽車的生（shēng）產裝備也會提（tí）出更高的要求。近年新（xīn）能源汽車技（jì）術飛速發（fā）展（zhǎn），技術越來越成熟，與之配套的充電等社會公共設施也越來越健全，再加上新能（néng）源（yuán）汽車因相（xiàng）較於傳統燃油車更低的用車成本等優勢，使新（xīn）能源（yuán）車越（yuè）來越受到消費者（zhě）的喜愛。新能源（yuán）汽車的銷（xiāo）量開始井噴式增長，在此背景下（xià），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 汽車輕量化領（lǐng）域應用（yòng）的優勢

使用先進的製造工藝、對結構進行優化設計和應（yīng）用輕量化的（de）材料是目前汽車輕（qīng）量化的三大技術手段。其中輕量化材料的運用是最直接、最有（yǒu）效的方式。相（xiàng）比其他工（gōng）程（chéng）材料，鋁（lǚ）合金材料（liào）因具備諸多優勢，因此一開始便便到了汽車工程師的青（qīng）睞。具體而言（yán），鋁合金在新（xīn）能源汽車的（de）輕（qīng）量化領域具有（yǒu）一下優勢：

（１）鋁合金材料可（kě）以廣泛應用於新能源汽車的輕量化領域。鋁合金具有較高的（de）比強度和（hé）優良的加工成形性，可以應（yīng）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（lǚ）合金和鑄造（zào）鋁合金兩大類（lèi）型。其中，熱交換器係統部件、車身骨架、車門等可以（yǐ）應（yīng）用變（biàn）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鋁合金生（shēng）產。因鋁合（hé）金的優良性能，使鋁合金在當前以（yǐ）及今後一段（duàn）時期內都將是新能源汽車輕量化（huà）的主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從（cóng）某種程度上可以降低新（xīn）能源汽車的生產製造（zào）成本。鋁礦（kuàng）在地球上的儲存量（liàng）非常大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖維材料（liào）等成本更低，此（cǐ）外鋁合金具有良好的耐蝕（shí）性，且熔點低，可以實現非常高的回收利用率（lǜ），可以實現新能源汽車生（shēng）產材料的循環利用。

（３）鋁（lǚ）合金材（cái）料相較於其他汽車輕量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、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖（xiān）維材料因價格、加工工（gōng）藝等因素的製約，目前（qián）使用（yòng）的並不多（duō）。而（ér）鋁合金材料相較與（yǔ）高強（qiáng）度鋼，比強度高，密度較小，減（jiǎn）重潛力更大。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄造等成型工（gōng）藝外，還發展出了焊接、鉚接（jiē）、螺接等多種連接方式。這些（xiē）工藝目（mù）前（qián）都有成熟的在新能源汽車的生產製造過程中運用。因此，鋁合金材料（liào）在眾多汽車輕量化材（cái）料中脫穎而出，漸漸成為了汽車輕量化的主（zhǔ）流材料。

03    新能源汽（qì）車輕量化領域鋁合金（jīn）材料焊接研究現狀

鋁合金在新能源汽車的（de）輕量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（shēng）產工藝、安全（quán）等（děng）挑戰。汽（qì）車生產製造過程中（zhōng）各零部件的連接方式有焊（hàn）接、鉚接、螺接等，其中焊接因（yīn）工藝簡單、性價比高、性能優越以及（jí）方便（biàn）自動化（huà）流水（shuǐ）作業等優點，是當（dāng）前汽車零部件連接采取的主要工藝方式。隨著新能源汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車的（de）生產（chǎn）製造（zào）過程中的（de）應用（yòng）會越來越多。但要提高鋁合金材料在新能（néng）源汽車生（shēng）產製造中的運（yùn）用量，就不（bú）得不對鋁合金的焊接（jiē）工藝進行更深入的（de）研究，提高鋁合金焊接的質量和效率，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（fā）展出多種技術路線，其中廣泛（fàn）應用於汽（qì）車生產（chǎn）製（zhì）造中的（de）有有激光焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極（jí）惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源（yuán）汽車領域鋁合金激（jī）光焊接

激（jī）光焊接在汽車生（shēng）產製造過程中應用很廣泛，具有焊接效率（lǜ）高，焊接變形小，焊接能量密（mì）度高的技術（shù）特點。在新能源（yuán）汽車領域目前針對鋁合金的激光焊接，國內外專家學者的研究主要聚焦在兩個（gè）方向：一個方向是激光焊接工藝對鋁合金焊（hàn）接接（jiē）頭性能影響，如（rú）激（jī）光焊接工藝（yì）對鋁合金焊接接頭的力學性能和耐（nài）腐（fǔ）蝕性能（néng）研究、接頭的組織及性能研究等。另（lìng）外一個方向是鋁合金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合金（jīn）激光焊接頭顯微組織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣孔、裂紋、變形的預測研（yán）究等。在國內外專家學者的共（gòng）同努力下，鋁合金材料（liào）激光焊接工（gōng）藝得到了（le）不斷地改善，焊接接頭的（de）力學性能和耐（nài）腐蝕性能得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（kòng）製，能較好的滿足新能源汽車生產製造的工藝需求。此外，信息（xī）技術的快速迭代助推了工（gōng）業（yè）機器人的快速發展，以視覺係統、機器人技術以及信息技術加持的（de）遠程激光焊接技術也在快速的發展。新能源（yuán）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（chéng）度（dù）越來越高（gāo）。

3.2 新能源汽車領域鋁合金非熔化極惰性氣體（tǐ）保護（hù）電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體保護電弧焊非（fēi）常（cháng）適用與薄板鋁合金材料的焊接，技術也很成熟（shú）。采（cǎi）用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可以獲得美觀的連續魚鱗狀焊縫，還能自動同步清除鋁合（hé）金焊接件表麵的（de）氧化膜，進而改善鋁合金焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身（shēn）缺（quē）陷，它的鎢電極承載電流的能力有限，當有承載大電流時，容易被（bèi）熔化和蒸發，由此產生（shēng）的鎢電極微粒，也有掉入焊接（jiē）熔池影響（xiǎng）焊接質量的可能。除此之外，生產效率低、熔（róng）深（shēn）淺、熔敷速度小（xiǎo）等不能滿足高效高質量的焊接要求的缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接方法在新能源汽車領域的應用。為了適應新能源汽車工業快速發展對於鋁合金焊接高（gāo）質量、高效率（lǜ）的生產要求，近年不少（shǎo）學者（zhě）對ＴＩＧ焊接進行了改進（jìn）研究，成功研發出了雙槍（qiāng）ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接（jiē）方法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中（zhōng），相（xiàng）比如傳統ＴＩＧ焊熔深（shēn）得到明顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不（bú）太適用於鋁（lǚ）合金厚板材焊接的（de）境況，而且在即使沒有焊絲的情（qíng）況下也能照常進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端，焊接速（sù）度（dù）在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍以上，而且焊接電弧（hú）穩定，沒（méi）有（yǒu）較大波動，確保了鋁合金焊接（jiē）接頭優良的（de）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善和提升，在相同的焊接（jiē）速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊（hàn）可以采用更小的焊接電流，進（jìn）而（ér）可以減少鋁合金在焊接（jiē）過程中的熱變形，與此同時為增加鋁合金焊接件的焊（hàn）縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁合金焊接接頭的（de）組織性能得到（dào）提升（shēng）。

3.3 新能源（yuán）汽車領（lǐng）域鋁合金熔化極惰性氣體保（bǎo）護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內（nèi）外（wài）專家學者的持續關注和（hé）深入研究，鋁合金（jīn）焊接技術得到不斷提升，焊接方式也日益豐富成熟（shú）。在當前眾多鋁合金焊（hàn）接技術中應用最（zuì）廣泛的是熔化極惰性（xìng）氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采（cǎi）用ＭＩＧ焊（hàn）焊接（jiē）鋁合金可以獲（huò）得非常優質的焊接（jiē）構件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也（yě）是（shì）專家（jiā）學者們研究的焦點，近年研發出了（le）不少鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈（mò）衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以（yǐ）及ＣＭＴ焊便是鋁合金（jīn）ＭＩＧ焊（hàn）新工藝中應用頻率最高的。雙脈（mò）衝ＭＩＧ焊（hàn）是通過改進（jìn）優化單（dān）脈衝焊接技術發展而來，具有可調參數多，可合理的控（kòng）製輸入能量，以及可對焊接工藝參數進行靈活的匹配等優點。使用雙（shuāng）脈衝ＭＩＧ焊焊接（jiē）鋁合金材料可以獲得穩定可靠的高質量（liàng）的焊縫。在眾多工業領域廣（guǎng）泛應用的雙極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向接（jiē）法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和（hé）直流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而（ér）作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸入的能量進行精確（què）地控製，可（kě）以使熔池（chí）與（yǔ）焊絲快速分離，有效地減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊（hàn）特別（bié）適合於超薄板的焊接，可（kě）以獲得較高質量水平的超薄板（bǎn）焊件。

3.4 新（xīn）能源（yuán）汽車領域鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊（hàn）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，已經可以高效率高質量的焊接１．２至６毫米（mǐ）的厚鋁合金板材。鋁合金（jīn）攪拌摩擦焊經過（guò）幾十年的發展革新，也從（cóng）單一能場焊接發展出了多種複合能場焊機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也吸引了國內（nèi）外學者的關注，其中攪拌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（de）重點。其中，在接頭裝（zhuāng）配方式的（de）選擇（zé）上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和（hé）搭接等。

04   新能源汽車輕量化（huà）領域鋁合金（jīn）材（cái）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（lián）在一起，統稱為科（kē）學技術，簡（jiǎn）稱科技。實際二者既有密切聯係，又（yòu）有重（chóng）要區別。實際二者既有密切（qiē）聯係，又有重要區（qū）別。科學解決理論問題，技術解決實（shí）際問（wèn）題。

新能源汽車尤其是其中的純電動汽車，因電池技術的瓶頸和自身結構的特殊性，車輛的迫切需要輕量化，以（yǐ）期通過減少自身重量從而（ér）增加續航裏程。鋁合（hé）金材料（liào）不僅性能優異且可實現再生循環（huán）利用，因此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新能源汽車的生（shēng）產製造過程中。新能（néng）源汽車在生（shēng）產製造中（zhōng）的鋁合金使用量已經超過多數的傳統燃油車。隨著我國新能源汽車近幾年的井噴式發（fā）展，必然會進一（yī）步拉動鋁合金在汽車行業的廣泛應用。因此關（guān）於提升鋁合金焊接件（jiàn）的焊接質量的研究將會成為研（yán）究焦點（diǎn）。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩（mó）擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術（shù）的研究將會更加深入（rù），為新能源汽車（chē）輕量化中鋁合金（jīn）的應用，提供更（gèng）加堅實的技術支撐，從而保障鋁合金在新能源汽車（chē）的生產製造（zào）中充分發揮減重優勢。

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