新（xīn）能源汽車（chē）輕量化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和環（huán）境（jìng）汙染的問題日益（yì）突出，已經成（chéng）為全球汽車工業亟需著手解決的時代命題。大力發展新能源汽車是應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（xīn）能源汽車的發展（zhǎn），目前仍麵臨著諸多挑戰，其中續航焦慮是新能源汽車推廣的最大障礙。而新（xīn）能源汽車與傳統燃油車結構的不同，車身更重。在此背景下，新能（néng）源汽車的輕量化需求相比傳統（tǒng）燃油車更加迫（pò）切。在當前汽車輕量（liàng）化的手段中，最行之有效的是（shì）材料的輕量化。鋁合金（jīn）材（cái）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（huà）領域。因此，深（shēn）入研究（jiū）鋁合金焊（hàn）接技術，進（jìn）而（ér）提升鋁合金材料焊接質量，對新能源汽車輕量化（huà）的發展具有（yǒu）重要促進意義。

01   新能源汽（qì）車輕量化的戰略意義

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（jù）有重要意義

為響應我國的“雙碳”發展戰略，作（zuò）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，責任重大。對此，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導新能源汽車產業的發（fā）展。在多方的共同努力下，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逐年提升。具（jù）中國汽車工程（chéng）學會預（yù）測，到２０３５年中國汽車市場的大（dà）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（yuán）汽車（chē）的絕對主力。對於純（chún）電動汽車而言，因受製於目前電池技術（shù），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（zhěng）車的輕量化對提升續航裏程有著非常顯著的作用。據統計（jì），在（zài）純電動汽車的動力電池重量不（bú）變的前提下，整車整備質量（liàng）每減輕１００公斤，續航裏程可以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化（huà）是汽車發（fā）展（zhǎn）的（de）三大趨勢之一，推進（jìn）新能源汽車的輕量化將助力提升（shēng）我國的汽車產品的競爭力

汽車（chē）的輕量化除了可以顯著降低能量消（xiāo）耗，提升電動（dòng）汽車（chē）的續航（háng）裏程外，對提升車輛的加速性能、操作（zuò）穩定性、製動性能、行（háng）車噪音、行（háng）駛平順性等也都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨（qū）勢，通過合理的輕量化材料的運用和結構設（shè）計，提升新能源汽車（chē）的輕量化水平（píng），不僅可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，新能源汽車的輕量化（huà）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（huà）涉及汽車生產、維修、回收等多個相關產業。汽車輕量化的快速發展必然會刺激汽車輕量化材（cái）料的研發和革新，對多（duō）材料混合運用技術如焊接、鉚接等的發展也（yě）將有直接的強（qiáng）勁推（tuī）動作用，對汽（qì）車（chē）的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能（néng）源汽車技術飛（fēi）速（sù）發展，技術越來越成熟，與之配套的充電等（děng）社會公共設施也越（yuè）來（lái）越健全，再加上新能源汽（qì）車因相較於傳統燃油（yóu）車更低的用車成（chéng）本（běn）等優勢，使新能源車越來（lái）越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量（liàng）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（yù）轉型（xíng）升級的推動作用越來越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應用的（de）優勢

使用先（xiān）進的製造（zào）工藝、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（shǒu）段。其中輕量化材料的運用是最直接、最有效的方式。相比其他工（gōng）程材料，鋁合金材（cái）料因具備諸多優勢，因此一開始便便到了（le）汽車工程師（shī）的青睞。具體而言，鋁合金在新能源汽車的輕量（liàng）化領域具有一下優勢（shì）：

（１）鋁合（hé）金材料可以（yǐ）廣泛應用於新能源汽車（chē）的輕量化領域。鋁合金具（jù）有較高的比強度和優良的（de）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（kě）分為（wéi）變形鋁合金和鑄造（zào）鋁合金兩大類型。其中，熱交換器係統部件、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。因鋁合金的優良性能，使（shǐ）鋁（lǚ）合金在當前以及今後一段時期內都（dōu）將是新能源汽車輕量化的主要選材。

（２）鋁合（hé）金材料的廣泛應（yīng）用（yòng）從某種程度上可（kě）以降（jiàng）低（dī）新（xīn）能源汽車的生產製造成本。鋁礦在地球（qiú）上的儲存量非常大，因此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖（xiān）維材料等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以（yǐ）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（lì）用。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車輕量（liàng）化（huà）材料減重潛力更大。當（dāng）前主流的汽車輕量化材料有鋁合金（jīn）、高強度鋼、鎂合金（jīn）、碳纖維材料等。但其中（zhōng）鎂合金和碳纖維材料因（yīn）價格、加工工（gōng）藝等因素的製約，目前使用的並不（bú）多。而鋁合金材料（liào）相較與高強度鋼（gāng），比強度高，密度（dù）較小，減重潛力更大。

（４）鋁（lǚ）合金材料製造工（gōng）藝成（chéng）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。這些工藝目（mù）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，漸漸成為了汽車輕量化（huà）的主流材料。

03    新能源汽車輕（qīng）量化領域鋁合金材料焊接研究現狀

鋁合金在新能源（yuán）汽車的輕量化中（zhōng）有著舉足輕重的（de）作用，但在生產和（hé）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方（fāng）式有焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因（yīn）工藝（yì）簡單、性價比高、性能優越以及方便自動化流水作（zuò）業等優點，是當前汽車（chē）零部件（jiàn）連接采取的（de）主要工藝方（fāng）式。隨（suí）著新能源汽車輕量化需求的日（rì）益旺盛，鋁合（hé）金在新能源汽車（chē）的生產製造過程中的應用會越（yuè）來越多。但要提高（gāo）鋁（lǚ）合金材料在（zài）新能源（yuán）汽車生產製造（zào）中的運（yùn）用（yòng）量（liàng），就（jiù）不得不對鋁合金的焊（hàn）接工（gōng）藝（yì）進行更（gèng）深入的研究，提高鋁合金焊接的質量和（hé）效率，並有效（xiào）降低成本。焊接作為一種成熟（shú）的連接方式，目前已經（jīng）發展出多（duō）種技術路線，其中廣（guǎng）泛應用於汽車生產製造中的有有激光焊接（jiē）、非熔化極惰性氣（qì）體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護（hù）焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩（mó）擦焊（ＦＳＷ焊（hàn））等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金（jīn）激光焊（hàn）接

激（jī）光焊接在汽車生產製造過程中應用很廣泛，具有焊接效（xiào）率高，焊接變形小（xiǎo），焊接能量密度高的技（jì）術特點。在新能源汽（qì）車（chē）領域目前針對鋁合金（jīn）的激（jī）光焊接（jiē），國內外專家（jiā）學者的（de）研究主要（yào）聚焦在兩個方向（xiàng）：一個方向是激光焊（hàn）接工藝對鋁合金焊（hàn）接接頭性（xìng）能影響，如激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭的力學性能和耐腐（fǔ）蝕性能研究、接頭的組織及性能研究等。另外一（yī）個方向是鋁合（hé）金激光焊接（jiē）過程中的缺陷，如鋁合金激（jī）光焊接頭顯微組織的（de）研究、鋁合金（jīn）激光焊（hàn）接接（jiē）頭氣孔、裂紋（wén）、變形的預測研（yán）究等。在國（guó）內外專家學者的共同努力下，鋁合金材料激光焊接（jiē）工藝得到了（le）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（hàn）接接頭的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，信息技術的快速迭代（dài）助推了（le）工業（yè）機器人的快速發展，以視覺係統（tǒng）、機器人技術（shù）以（yǐ）及信息技（jì）術加持的（de）遠程激光焊接技術也在快（kuài）速的發展。新（xīn）能源汽車生產過程（chéng）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 新能源汽車領域鋁合金非熔化極惰性氣體保護電弧（hú）焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰（duò）性氣體保護電弧焊非常適用（yòng）與薄板鋁合金材料的焊接，技術（shù）也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接（jiē）鋁合金不僅可以獲得美觀的連續魚（yú）鱗狀（zhuàng）焊縫，還能自動（dòng）同步清除鋁合金焊接件表麵的氧化膜，進而改善鋁合（hé）金焊接接（jiē）頭的質量。但是，ＴＩＧ焊接有（yǒu）著天然的自身缺陷，它的鎢（wū）電極承載電流（liú）的能（néng）力（lì）有限，當（dāng）有承載大電流時，容易被熔化和蒸發，由此產生（shēng）的鎢電極微粒，也有掉入焊接熔池影響焊接質量的可能（néng）。除此之外，生產效率低、熔深淺、熔敷（fū）速（sù）度小（xiǎo）等不能滿足高效高質量（liàng）的焊（hàn）接要求的缺陷，也（yě）限製了ＴＩＧ焊接方法在新能（néng）源汽車領（lǐng）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質（zhì）量、高效率（lǜ）的生（shēng）產要求，近年不少學者對ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功（gōng）研發出了雙槍ＴＩＧ焊（hàn）、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相比（bǐ）如傳統（tǒng）ＴＩＧ焊熔深得到明顯增（zēng）加，改（gǎi）變了傳統ＴＩＧ不太適（shì）用於鋁合（hé）金厚板材焊接的境況，而且在即使沒有焊絲的（de）情況下也能照（zhào）常（cháng）進行有效的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻（gōng）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（yī）倍以上，而且焊接電弧穩定，沒有較大波動，確保了（le）鋁合金焊接接頭優良（liáng）的性能，以（yǐ）及（jí）良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則（zé）在焊接質量上進行了改善和提（tí）升，在相同的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較（jiào）於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可（kě）以減少鋁合金在（zài）焊接過程中的熱變形，與此（cǐ）同時為增加鋁（lǚ）合金焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組成，使鋁合金焊接接頭的組織性能得到提升。

3.3 新（xīn）能源汽車領域鋁合金熔（róng）化極惰性（xìng）氣（qì）體保護焊 （ＭＩＧ 焊（hàn））

得益於國內外專家學者的持續（xù）關注和深入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊接方式也日益豐（fēng）富成熟。在當前眾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（hù）電弧焊（hàn）（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可（kě）以獲得非常（cháng）優質的焊接構件，因（yīn）此在（zài）工程應用中（zhōng）ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞（lài）。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們（men）研究的焦點，近年（nián）研發出了（le）不少鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊新工藝中應用頻率（lǜ）最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是（shì）通過改進（jìn）優化單脈衝焊接技術發展而（ér）來（lái），具有可（kě）調參數多，可合理的控製輸入（rù）能量，以及可對焊接工藝參數進行靈活的匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金材料可以獲得穩定（dìng）可靠的高質量的（de）焊縫。在眾多工（gōng）業領域廣泛（fàn）應用的（de）雙極性脈衝ＭＩＧ焊則（zé）結合了反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極（jí）焊）和直流正（zhèng）向（xiàng）接法脈（mò）衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極（jí）焊）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在（zài）焊接過程中，可以對輸入的能量進行精確地控製，可以使（shǐ）熔池與（yǔ）焊絲快速分離，有效（xiào）地減少飛濺。因具（jù）有以上優點，ＣＭＴ焊特別適（shì）合於超薄板的焊接，可以獲得較高質量（liàng）水（shuǐ）平（píng）的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領域鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌（bàn）摩擦焊經（jīng）過近（jìn）３０年的發展，在厚鋁合金（jīn）板材焊接方麵（miàn）有了重大（dà）突破，已（yǐ）經可以高效（xiào）率（lǜ）高質量的（de）焊接１．２至６毫米的厚鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊經過幾十年的發展革新，也從單一（yī）能場焊接發展出了多（duō）種複（fù）合能（néng）場焊（hàn）機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也（yě）吸引了國內外學者的關注，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）是當下（xià）研（yán）究的（de）重點。其中，在接頭裝配方式的（de）選擇上，有Ｔ型（xíng）裝配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新（xīn）能源汽車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（shè）會上（shàng）習慣於把科學和技（jì）術連在一起，統稱為科學（xué）技（jì）術，簡（jiǎn）稱科技。實際二（èr）者既有密切聯係，又有重要區別。實際（jì）二者既有密切聯係，又有重要區別。科學解決理論問題，技術解決實際問題。

新能源汽車尤其是其中的純電（diàn）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，以期通過減少（shǎo）自（zì）身重量從而（ér）增加續航裏程。鋁合金（jīn）材料不僅性能優異且可實現再生循環利用，因此（cǐ）在汽車輕量化材料中具有明顯的優勢，越來越（yuè）廣泛（fàn）的應用（yòng）於新能源汽車的生產製造過程中。新（xīn）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（chuán）統燃油車。隨著我國（guó）新能源汽車近幾年的井噴式發展，必然會（huì）進一步拉（lā）動鋁合金在汽車行業的廣泛應用。因此關於提升鋁合金焊接件的焊接質量（liàng）的研究將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合（hé）金熔化極惰性氣（qì）體保護（hù）焊（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，為新能源汽（qì）車輕量化中鋁合金的應用，提供更加堅（jiān）實的技術支撐，從而保障（zhàng）鋁合金在新能（néng）源汽車的生產製造中充（chōng）分發揮減重優勢。

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