新能（néng）源汽車輕量化領域鋁（lǚ）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和環境汙染的問題日益突出，已經成為全球汽（qì）車（chē）工業（yè）亟需著手解（jiě）決的時代命題（tí）。大力發展新能源（yuán）汽車是應對汽車產業發展危機的有效方案（àn），也是實現我國“雙（shuāng）碳”目標的重要舉措。但新能源汽車的（de）發展，目前仍麵臨著諸（zhū）多挑戰（zhàn），其中續（xù）航焦慮是新能源汽車推廣的最大障礙。而新（xīn）能源汽（qì）車與傳（chuán）統燃油車結構的不同，車身更重。在此背景下，新能源汽車的輕量化需求相比傳統燃油車更加迫切。在當前汽車（chē）輕量化的手段中，最（zuì）行之有效的是材料的輕量化。鋁（lǚ）合金材料作為（wéi）一種（zhǒng）性能優異的輕合金材料，廣泛應用於汽車（chē）的輕量化領域。因（yīn）此，深入研究鋁（lǚ）合金焊接技術（shù），進而提升鋁合金材料焊接質量，對新能源汽（qì）車輕（qīng）量化的發展具有重（chóng）要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰略意（yì）義

1.1 新能源汽車的輕量（liàng）化（huà）對提升（shēng）新能源（yuán）汽車的（de）續航裏程具有重要意義

為響應（yīng）我國的“雙碳”發展戰略，作為（wéi）我國能源消耗大戶的汽車（chē）行業，肩負著低碳排放的曆史（shǐ）使命，責任（rèn）重（chóng）大（dà）。對此，近年我國大力發展新能源汽車產業，出台多項政策刺（cì）激和引導新能源（yuán）汽車產（chǎn）業的發展。在（zài）多方的（de）共同努（nǔ）力下，新能源汽車逐漸被廣大消費者接受與青睞，近（jìn）年在國內汽車消費市場的滲透率逐年提升。具中國汽車工程學（xué）會預測，到２０３５年中國汽（qì）車（chē）市場的大部分份額將被新能源汽車（chē）占據（jù），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，整車整備質量相較（jiào）於傳統燃油車反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車（chē）的輕量化對提升續航裏程有著非（fēi）常顯著的作用。據統計，在純電動汽車的動力（lì）電池重量不變的前提下，整車整備質量每減輕（qīng）１００公斤，續航裏程可以增加１２－１３公裏（lǐ）。

1.2 汽車的輕量化是汽車發展的三大趨（qū）勢之一，推進新能源汽車（chē）的輕量化將助力（lì）提升我（wǒ）國的汽車產品（pǐn）的競爭力

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（wài），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（míng）顯的助益。因此，順應汽車行（háng）業（yè）的發展趨勢，通過合理的輕量化材料的運用和（hé）結構（gòu）設計（jì），提升（shēng）新能源汽車的（de）輕量（liàng）化水平，不僅可（kě）以提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 汽車產業作為一個產業鏈比較長的產業，新能源汽（qì）車的輕量化（huà）的發展可（kě）以帶動產業上下遊相關領域（yù）的轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生產、維修、回（huí）收等多個相關（guān）產業。汽車輕量化的快速發展必然會刺激汽車輕量化材料的研發和革新，對（duì）多材料混合運用技術如焊接、鉚接等的發展也將有直接的強（qiáng）勁推動作用，對汽車的生產裝備（bèi）也會提出（chū）更高的要求。近年（nián）新能源汽車技術飛速發展，技術越來越（yuè）成熟（shú），與之配套的（de）充電等社會公共設施也越來越健全，再加上新能源汽車因相較於傳統燃油（yóu）車更低的用車成本等優勢，使新能源車越來越受（shòu）到消費者的喜愛。新能源汽車的銷（xiāo）量開始井噴式增長，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（de）推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在新（xīn）能源 汽車輕量化領（lǐng）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（liàng）化的材料是目前汽車輕量化的（de）三（sān）大技術手段。其中輕量化材料的運用是（shì）最直接、最有效的方式。相比其他工程材料，鋁合金材料因具備諸多（duō）優（yōu）勢，因此一開始便便到了（le）汽車工（gōng）程師的青睞。具體而言，鋁合金在（zài）新能源汽車的輕量化領域（yù）具有一下優勢：

（１）鋁合（hé）金材料可以（yǐ）廣泛應用於新能源（yuán）汽車的輕量化領域。鋁合金具有較（jiào）高的比強（qiáng）度和（hé）優良的加工成形性，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造鋁合金兩大類型。其中，熱交換器係統部件、車身骨架（jià）、車門等可以應用變形鋁合金製造；而加速踏板、車輪、方向盤、電機外殼等可以應用鑄造鋁合金生產。因（yīn）鋁合（hé）金的（de）優良性能，使鋁合金在當前以及今後一段時（shí）期（qī）內都將是新能源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材料（liào）的（de）廣泛應用從某種程度上可以降低新能源汽車的生產製（zhì）造成本。鋁礦在地球上的儲存量非常大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材（cái）料、碳纖維材料（liào）等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔點低，可（kě）以實現非常高的（de）回收利用（yòng）率，可以實現新能源汽車生產材料的循環（huán）利用。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車輕量化材料（liào）減重潛力更大。當前主流的汽車輕量化材料有（yǒu）鋁合金（jīn）、高強度鋼（gāng）、鎂（měi）合金、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料（liào）因價格、加工工藝等因素的製約，目前使用的並不多。而（ér）鋁合金材料相較與高強度鋼（gāng），比強度高，密度較小，減重潛力更大。

（４）鋁合金材（cái）料（liào）製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展出了焊接、鉚接、螺接等多種連接方式。這些工藝（yì）目前都有成熟（shú）的在（zài）新能源汽（qì）車的生產製（zhì）造過程中運用。因此，鋁合金材料在眾多汽車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    新能源汽車輕量化領域鋁合金材（cái）料焊接研究現狀

鋁合金在新（xīn）能源（yuán）汽車的輕量化中有著舉足輕重的作用，但在生產和使（shǐ）用過（guò）程仍麵臨生產工藝（yì）、安全等挑戰（zhàn）。汽車生產製造過程中各零部件的連接方式有焊接、鉚接、螺接等，其（qí）中焊接因工藝簡單、性價比高、性能優越以及方便自動化流水作業（yè）等優點，是當前汽（qì）車零（líng）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（xīn）能源汽（qì）車的生產製（zhì）造過程中的應用（yòng）會越來越多（duō）。但要提高（gāo）鋁（lǚ）合金材料在新能源（yuán）汽車生產製造（zào）中的（de）運用量，就（jiù）不得不對鋁（lǚ）合（hé）金的焊接工藝進行更深入的研究，提高（gāo）鋁合金焊接的質量（liàng）和效率（lǜ），並有效降低成本（běn）。焊接作為一種成（chéng）熟的連（lián）接方式，目前已經發展出多種技術路線，其中廣（guǎng）泛應用於（yú）汽車生產製造中的有有激（jī）光焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧（hú）焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣（qì）體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩（mó）擦焊（ＦＳＷ焊）等（děng）。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激光焊（hàn）接（jiē）

激光焊接在汽車生產製造過程（chéng）中應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小，焊接能量密度高的技術特點。在新能源汽車領域目前針對鋁合金的（de）激光焊接，國內外專家學者的研究（jiū）主要聚焦（jiāo）在兩個方向（xiàng）：一個（gè）方向是激光（guāng）焊接工藝對鋁合（hé）金焊接接頭性能影響，如激光焊接工藝對鋁（lǚ）合金焊接接頭的力學性能和耐腐蝕（shí）性（xìng）能研（yán）究、接頭的組織及（jí）性能研究等。另外一個（gè）方向是鋁合金激光（guāng）焊接過（guò）程中的缺陷，如鋁合（hé）金激光焊接頭顯微（wēi）組織的研（yán）究、鋁合（hé）金（jīn）激光焊接接頭氣孔、裂紋、變形的預測研究等。在（zài）國內外專家學者的共同努力（lì）下（xià），鋁合（hé）金材料激光焊接工藝得到了不斷地改善，焊接接頭的力學性能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的提升，焊接（jiē）接頭的（de）缺陷率也得到了很好的控製，能較好的滿足新能源汽車生產製造的工藝需求。此外（wài），信息技術的快（kuài）速迭代助推了工業機器人的快速發展，以視覺係統（tǒng）、機器人技術以及信息技術加持的遠程激光焊（hàn）接技術也在快速的發展。新能源汽（qì）車生產過程的鋁合金材料激光焊接技術的（de）自動化、智能化（huà）程度（dù）越來越高。

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

非熔（róng）化極惰性氣體保護（hù）電弧焊非常適用與薄（báo）板鋁合金材料的焊接，技（jì）術也很成熟。采（cǎi）用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可以獲得（dé）美觀的連續魚鱗狀（zhuàng）焊縫，還能自動同步清除鋁合金焊接（jiē）件（jiàn）表麵（miàn）的氧化（huà）膜（mó），進而改（gǎi）善鋁合金焊接接頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺陷，它的鎢電極承載電流的能力有限（xiàn），當有承載大電（diàn）流時，容（róng）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、熔敷速度小等不能滿足高效高質量的（de）焊接要求的缺陷，也限（xiàn）製了ＴＩＧ焊接方法在（zài）新（xīn）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量、高效率的生產要求，近年不少學（xué）者對ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙（shuāng）槍ＴＩＧ焊焊接電（diàn）弧集中，相（xiàng）比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加，改變了傳（chuán）統ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚（hòu）板材（cái）焊接的境況，而且在（zài）即使沒有焊絲的情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（de）弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍以上，而且焊接（jiē）電弧穩定，沒有較大波動，確保了鋁合金焊接接（jiē）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（zhì）量上進（jìn）行了改善（shàn）和提升，在相同的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳（chuán）統ＴＩＧ焊可以采用更小的（de）焊接電（diàn）流，進而可以減（jiǎn）少鋁合金在焊（hàn）接過程中的熱變形，與此（cǐ）同時為增加鋁合金焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活（huó）性劑的組（zǔ）成，使鋁合金焊（hàn）接接頭的組織性能得到提升。

3.3 新能源汽車領域（yù）鋁合金（jīn）熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內外專家學者的持續關注和（hé）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（shú）。在當前眾（zhòng）多（duō）鋁合金焊接技術中應用最廣泛的（de）是熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊（hàn）接鋁合金可以獲得非常優質的焊接構件，因（yīn）此在工程應用中ＭＩＧ焊很受（shòu）工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家（jiā）學者們研究（jiū）的焦點，近年研（yán）發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新（xīn）工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙（shuāng）極性脈（mò）衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊新（xīn）工藝中應用頻率最（zuì）高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈衝焊接技術發展而來，具有可調參數多（duō），可合理的控製輸入能量，以及可對焊接工藝（yì）參數進行靈活的匹配等（děng）優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊（hàn）焊（hàn）接鋁合金材料可（kě）以獲得穩定（dìng）可靠的高質量的（de）焊縫。在眾多工（gōng）業領域廣泛應用的雙極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向（xiàng）接法脈衝ＭＩＧ焊（hàn）（ＥＮ極焊（hàn））和直流正向（xiàng）接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極（jí）焊）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊（hàn）接過（guò）程中，可以對輸入的能量進行精確地控製，可以使熔池與焊絲快速分離，有效地減少飛濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的焊（hàn）接，可（kě）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（hàn）接方麵有了重大突破，已經可以（yǐ）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（bàn）摩擦焊經過幾十年（nián）的發展革新，也從單一能場焊接（jiē）發展出了（le）多種（zhǒng）複合能場焊機方式。鋁（lǚ）合金攪拌摩擦焊的研究也吸引了國內外學者的關注（zhù），其（qí）中攪拌摩擦焊焊接接頭的裝配方式和焊接工藝參數（shù）是當（dāng）下研究的重點（diǎn）。其中，在接頭（tóu）裝配（pèi）方式（shì）的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭（dā）接等。

04   新能（néng）源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究（jiū）展望

科技一般指科學（xué）技術。社會上習慣於把科學和技術連在一起，統稱為科（kē）學技術，簡稱科技。實際二（èr）者既有密切聯係，又（yòu）有重要區別。實（shí）際（jì）二（èr）者（zhě）既有密切聯係，又（yòu）有重（chóng）要區別。科學解決理論問題，技術（shù）解決實際問題（tí）。

新能源（yuán）汽車尤其是其中的純電動汽車，因電池技術（shù）的瓶頸和自身（shēn）結構的特殊性，車輛的迫切需（xū）要（yào）輕量（liàng）化，以期通過減少自身重（chóng）量從而增加續航裏程。鋁合金材料不僅性能優異且可實現再（zài）生循環利用，因此（cǐ）在汽車（chē）輕（qīng）量化材料中具有明顯的優勢，越來越廣泛的應用於新能（néng）源汽車（chē）的生產製造過程中。新能源汽車在生產製造中的鋁合金使用量已經超過（guò）多數的傳統燃油車（chē）。隨著我國新能源汽（qì）車近幾（jǐ）年的井（jǐng）噴式發展，必然會進一步拉動鋁（lǚ）合金在汽車行（háng）業的廣泛應（yīng）用。因此關於提升（shēng）鋁合金焊接件的焊接（jiē）質量的研究（jiū）將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣體保護焊（hàn）（ＭＩＧ焊）、鋁合金（jīn）攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊（hàn）接技術的研究將會更加深入，為（wéi）新能（néng）源汽車輕量（liàng）化中鋁合金的應用，提供更加堅實的技術支撐，從而（ér）保障鋁合金在新能源汽（qì）車的生產製造中充分發揮減重優勢（shì）。

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