新能源汽車輕量化（huà）領域鋁合金（jīn）焊接技術

汽車工業幾十年的高速發展所帶來的能源（yuán）消耗和環境汙染（rǎn）的問題日益突出，已經成為全球汽車工業亟需（xū）著手解決的時代命題。大力發（fā）展（zhǎn）新能源汽車是應對汽（qì）車產（chǎn）業發展危機的有效方案，也（yě）是實（shí）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。而新能源汽車與傳統燃油車結構的不同，車身更重（chóng）。在此背景下，新能源汽車的輕量化（huà）需求相比傳統燃油車（chē）更加迫切。在當前汽車輕量化（huà）的手段中，最行之有（yǒu）效（xiào）的是材料的輕量化。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。因此，深（shēn）入研究鋁合金焊接技術（shù），進而提升鋁合金材料焊接質量，對新能源汽車輕量化（huà）的發展（zhǎn）具有重要促（cù）進意義（yì）。

01   新能源汽車輕量化的戰略意義

1.1 新能源汽車的輕（qīng）量化（huà）對提升新能（néng）源汽（qì）車的（de）續航裏程具有重要意（yì）義

為響應（yīng）我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消耗大戶的汽車行業，肩負著低碳排放的曆史使命，責任重大。對此，近年我國大力（lì）發展新能源汽車產業（yè），出台多項政策刺激和引導新能源汽車產業的發展。在多方的共同（tóng）努力下，新能源（yuán）汽車逐漸被廣大消費者接受與青睞（lài），近年在國內汽車（chē）消費市場的滲（shèn）透率逐年提升。具中（zhōng）國汽車工程學會（huì）預測（cè），到２０３５年中國汽車市（shì）場的大部分份額將被新能源汽車（chē）占據，且純電動汽車將（jiāng）成為新能（néng）源（yuán）汽車的絕對（duì）主力。對於純電（diàn）動汽車而言，因受製於目前電池技（jì）術，整車整備質（zhì）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顯著的作用。據統計，在純電動汽車的動力電池重量不變的前提下，整車整（zhěng）備質量（liàng）每（měi）減輕１００公斤，續航裏程可以增加１２－１３公裏。

1.2 汽車的輕量化是汽（qì）車發展的三大趨勢（shì）之一，推進新能源汽車的輕量化將助力提（tí）升我國的汽車（chē）產品的競爭力

汽車的輕量化除了可以顯著降（jiàng）低能量消耗，提（tí）升電動汽車（chē）的續航裏程外，對提升（shēng）車（chē）輛的（de）加速性（xìng）能、操作穩定性、製動（dòng）性能、行車噪音、行駛平（píng）順性等也都有明顯的助益。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕量化（huà）材料的運用和結構設計，提升新能（néng）源汽車的輕量化水平，不僅可以提升汽車的各項性能指標，還可以（yǐ）有效控製汽（qì）車的生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車（chē）產業作為一個產業鏈比較長的產業（yè），新能源汽車的輕量化的發展可以帶動產業上下遊相關領域的（de）轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生產、維修、回收等多（duō）個相關產業。汽車輕量化的快速（sù）發展必然會刺激（jī）汽（qì）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、鉚接等的發（fā）展也（yě）將有直接的強勁推動作用，對汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能源（yuán）汽車技術飛速發展，技術（shù）越來越（yuè）成（chéng）熟，與之配套的充電等社會公共設施也（yě）越來越健全，再加上新能源汽（qì）車因相（xiàng）較於傳統燃油（yóu）車更（gèng）低的用車成本等優（yōu）勢，使新能源車越來越受到（dào）消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開始井噴式增長，在此背景（jǐng）下，新能源汽車輕量化旺盛的需求對汽車產（chǎn）業上下遊相（xiàng）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（liàng）化（huà）領域（yù）應用的優（yōu）勢

使用先進的製造工藝、對結構進行優（yōu）化設計和應用（yòng）輕量化的材（cái）料是目（mù）前汽車輕量化的三大技術手段。其中輕量化（huà）材料的運用是最直（zhí）接、最有效的方式。相比其（qí）他工程材料，鋁合金材料因具備諸多優勢，因此一（yī）開始便便到了汽車工程師的青睞。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（yǐ）廣泛應用於新能源汽車（chē）的輕量化領域。鋁（lǚ）合金具有較高的比強度和優良的加工成形性，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（zhù）造鋁合金兩大類型。其中，熱交換器係統部件、車身骨架、車門等可以應用變形（xíng）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（shēng）產。因鋁合金（jīn）的優良性能，使鋁合金在當前以（yǐ）及今後一段時期內都將是新能源汽（qì）車輕量化的主（zhǔ）要選材。

（２）鋁（lǚ）合金材料的廣泛應用從某種（zhǒng）程度上（shàng）可以降低新能源汽車的生（shēng）產製造成本（běn）。鋁礦在地球上的儲存量非（fēi）常大，因此（cǐ）鋁合金材料相（xiàng）較於鎂合金材料、碳（tàn）纖維材料等成本更低，此外鋁合金（jīn）具有良好的（de）耐（nài）蝕性，且熔點低，可（kě）以（yǐ）實現非常高的回收（shōu）利用率，可（kě）以實現新能源汽車生（shēng）產材料的（de）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力更大（dà）。當前（qián）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（měi）合金和碳纖維材料因（yīn）價（jià）格、加工工藝等因素的製約，目前使用的並不多。而鋁合金（jīn）材料相較與高強度鋼，比強度高，密度較小，減重潛力更大。

（４）鋁合金（jīn）材料（liào）製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝外，還發展（zhǎn）出了焊接、鉚接、螺接等多種連接方式。這些工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（cǐ），鋁合金材料在眾多汽車輕量化材（cái）料中脫穎而出，漸漸成為了（le）汽車輕量化的主流材料（liào）。

03    新能源汽（qì）車輕量化領域鋁合金（jīn）材料焊接（jiē）研究現狀

鋁合（hé）金在新能源汽車的輕量化中有著舉足（zú）輕重的作用，但在生產和使用過程仍麵臨生產工藝、安全等（děng）挑（tiāo）戰。汽車生產製造過程中各零部件的連接方（fāng）式有焊接（jiē）、鉚接、螺（luó）接等，其中焊接因工藝簡單、性價比高（gāo）、性能優越以及方便自動化流水作業等優點（diǎn），是（shì）當前汽車零（líng）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（zhì）造（zào）過（guò）程中的應用會越來越多。但要提高鋁合金材料在新能源汽車生產製（zhì）造中的運用量，就不（bú）得不對鋁合金的焊接工藝進行更深入的研究，提高鋁合金焊接的（de）質量和效（xiào）率，並有效降低成本（běn）。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發展出多種技術路線，其中廣泛應（yīng）用（yòng）於汽（qì）車生產製造中的有有激光（guāng）焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧焊（hàn）（ＴＩＧ焊）、熔（róng）化（huà）極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊（hàn））、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域鋁（lǚ）合（hé）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，焊接變形小，焊接能量密度高的技術特點。在新能源汽車領域目前（qián）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（zài）兩個方向（xiàng）：一個方向是激光焊接工藝對鋁（lǚ）合金焊接接（jiē）頭性能影響，如激光焊接（jiē）工藝對鋁合金焊接（jiē）接頭的力學性能（néng）和耐（nài）腐蝕性能研究、接頭的組（zǔ）織及性能研究等。另外一（yī）個方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）組織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣孔、裂（liè）紋（wén）、變形的預測研究等。在國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）到了不斷地改善，焊接接（jiē）頭的力學（xué）性（xìng）能和耐腐（fǔ）蝕性能得（dé）到了較大幅度的提升（shēng），焊接接頭的缺陷率也（yě）得到了很好的控製，能較好的滿足（zú）新能源汽車生產製造（zào）的工藝需（xū）求。此外，信息技術的快速迭代助推了工業機器人的（de）快速發展，以視覺係（xì）統、機器人技術以及信息技術加持的遠程激（jī）光焊接技術也在快速的發展。新能源汽車生產（chǎn）過程的鋁合金材料激光焊接技術的自動化、智能化程度越來越高。

3.2 新能源汽車（chē）領域鋁合金非熔化（huà）極（jí）惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化極惰性氣體（tǐ）保護電弧焊（hàn）非常適用與薄板鋁合金材料的焊接，技術（shù）也很成熟。采用ＴＩＧ焊（hàn）接方法焊接鋁合金不僅可以獲得美觀的連續魚鱗狀焊（hàn）縫（féng），還能自動（dòng）同步清除鋁合金焊接件表麵的（de）氧化膜，進而改善（shàn）鋁合金焊接接頭的質（zhì）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（lì）有限，當有承載大電流時（shí），容易被（bèi）熔化和蒸發，由此產生的鎢電極微（wēi）粒，也有掉入焊接（jiē）熔池影響焊接質量的可能（néng）。除此之外，生產效率低（dī）、熔深淺、熔敷（fū）速度（dù）小等不能（néng）滿足高效高質量的焊（hàn）接要求的缺陷，也限製了ＴＩＧ焊接（jiē）方法在新能源汽車（chē）領域的應用。為了適（shì）應新能源汽車工（gōng）業（yè）快速發展對於鋁合金焊接高質（zhì）量、高效率的生（shēng）產要求，近年不少學者對（duì）ＴＩＧ焊接進行了改進研究，成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法（fǎ）。雙槍（qiāng）ＴＩＧ焊焊（hàn）接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯（xiǎn）增加，改變了傳統（tǒng）ＴＩＧ不（bú）太適用於（yú）鋁合金厚板材焊接的境況，而且在（zài）即使沒有焊絲（sī）的情況下也能照常進行有效的焊接。熱（rè）絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊接效率不高的弊端，焊接速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍以上，而且焊接（jiē）電弧穩（wěn）定，沒有較大波動，確保了鋁合金焊接接頭優良的性能，以及良好的焊接（jiē）成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊（hàn）接質量上進行了改善和提升，在相同（tóng）的焊接速（sù）度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較（jiào）於傳（chuán）統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接（jiē）電流，進而可以（yǐ）減少鋁合金在焊接過程中（zhōng）的（de）熱（rè）變（biàn）形，與此同時為增（zēng）加鋁合金焊接件的焊縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了（le）活性劑的組成，使鋁合金焊接接頭的組（zǔ）織（zhī）性能得到提升。

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

得益於國（guó）內外專家學（xué）者的持（chí）續關注和深入研究（jiū），鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊接方式也（yě）日益（yì）豐（fēng）富成熟。在當前眾多鋁合金（jīn）焊接技術中應用最廣泛的是熔（róng）化（huà）極（jí）惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采（cǎi）用ＭＩＧ焊焊接鋁合（hé）金可以獲得非常優（yōu）質的焊接構件（jiàn），因此在工（gōng）程應用中ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同（tóng）時，ＭＩＧ焊也是專（zhuān）家學者們研究的焦點，近年研發（fā）出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝ＭＩＧ焊（hàn）以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊新工藝中應（yīng）用頻率最高的。雙脈衝（chōng）ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈衝焊接技（jì）術（shù）發展而來，具有可（kě）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（yòng）雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合（hé）金材料可以獲（huò）得穩定可靠的高質量的焊縫。在眾（zhòng）多工業領域廣（guǎng）泛應（yīng）用的雙極性脈（mò）衝ＭＩＧ焊則結合了反（fǎn）向接（jiē）法脈（mò）衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流（liú）正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極（jí）焊）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接（jiē）過程中，可（kě）以對輸入的能量進行精確地控製，可以使熔池（chí）與（yǔ）焊絲快速分離，有效地減少飛濺。因具有以上優（yōu）點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的（de）焊接，可以獲得較高質量水平的超薄板焊（hàn）件。

3.4 新能源汽車領域鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩（mó）擦焊經過（guò）近３０年的發展，在厚鋁合（hé）金（jīn）板材焊（hàn）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毫米的（de）厚鋁合金板材。鋁合金攪拌摩擦焊（hàn）經過幾十年（nián）的發展革新，也從（cóng）單一能場焊接（jiē）發展出了多種複（fù）合能場焊機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也吸引了國內外學者（zhě）的關注，其中攪拌摩擦焊焊接（jiē）接頭的裝配方式和焊接工藝參數是當下研究的重點。其中（zhōng），在接（jiē）頭裝配方式的（de）選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接和搭接等。

04   新（xīn）能（néng）源汽（qì）車輕量化領域鋁合金材料焊接研究（jiū）展望

科技一般指科學技術。社會上習慣於把科學和技術連在一起，統稱為科學技術，簡稱科技。實際二者既有（yǒu）密切聯係（xì），又有重要區別。實際二者既（jì）有密切聯係，又有重要區別。科學解決理論問（wèn）題，技術解決實際（jì）問題。

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（gòu）的特殊性，車輛（liàng）的迫（pò）切需要輕量化，以期通過減少自身重量從而增加（jiā）續航裏程。鋁合金材料不僅性能（néng）優異且可實現（xiàn）再生循環利用，因此在汽車輕量化（huà）材料中具有（yǒu）明顯的優勢，越來越廣泛的應用於新能源汽車的生產製造過程中。新能源汽車在生產（chǎn）製造中的鋁合金使用量已經超過多數的傳（chuán）統燃油車。隨著我國新能源汽車近（jìn）幾年的井噴式發展，必然會進一步拉動鋁合（hé）金在汽車行業的廣泛應用。因（yīn）此關於提升鋁合金焊接件的焊接質量的（de）研究將（jiāng）會成為研究（jiū）焦點。鋁合金激光焊接、鋁合（hé）金熔化極惰性氣體保護（hù）焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊（hàn）接技術的（de）研究將會更加深入，為新能源汽車輕量化中鋁合金的應用，提供（gòng）更加堅實的技術支撐，從而保障鋁合金在新能源汽車的（de）生產製造中（zhōng）充（chōng）分發揮減重優勢。

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