新能（néng）源汽車輕量（liàng）化領域鋁合（hé）金焊（hàn）接技術

汽（qì）車工業幾十年的高速（sù）發展所帶來的能源消耗（hào）和環境汙染的問題日益突出，已經成為全球汽車（chē）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。但新能源汽車（chē）的發展，目前仍（réng）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（de）不同，車身更重（chóng）。在此背景下，新能源汽車的輕量化需求相比傳（chuán）統燃（rán）油車更加迫切。在當前汽車輕量化的手（shǒu）段中，最行之（zhī）有效的是材料的輕量化。鋁合金材料作為一種性能優（yōu）異的輕合金材料，廣泛應用於汽（qì）車的（de）輕量化領域。因此，深入研（yán）究鋁合金焊接技術，進而提升鋁合金材料焊接質量，對新能源汽車輕量化的發展（zhǎn）具有重要促進意義。

01   新能源汽（qì）車輕量（liàng）化的戰略意義

1.1 新能源（yuán）汽車的輕量化對提升新能源汽車的續航裏程具有（yǒu）重要意（yì）義

為響應我國的“雙（shuāng）碳”發展戰略，作為我國能源（yuán）消耗大（dà）戶的汽車行業，肩負著低（dī）碳排放的曆史使命，責（zé）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（hé）引導新能源汽（qì）車產業（yè）的發展。在多方的共同（tóng）努力下（xià），新能源汽車逐漸被廣大消費者接受與青睞，近年在國內汽車（chē）消費市（shì）場的滲透率逐年提升。具中國汽車工程學會預測，到２０３５年中國汽車（chē）市（shì）場的大部（bù）分份額將被（bèi）新能源汽車占據，且純電動汽車（chē）將（jiāng）成為（wéi）新（xīn）能（néng）源汽車的（de）絕對主力。對於純電動汽車而言，因受製於目前（qián）電池技術（shù），整車整備質量相較於傳統燃油車（chē）反（fǎn）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（zhe）非常顯著的作用。據統計（jì），在純（chún）電（diàn）動汽車的動力電池重量不變的前提下，整車整（zhěng）備質量每減輕（qīng）１００公（gōng）斤，續航裏程（chéng）可以增（zēng）加１２－１３公（gōng）裏。

1.2 汽車的輕量化是汽（qì）車發展的三大趨勢之一，推進新（xīn）能源汽車（chē）的輕量（liàng）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（kě）以顯著（zhe）降低能量消耗（hào），提升電動汽（qì）車的續航裏程外（wài），對提升車輛（liàng）的加速性能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行（háng）駛平順性等也都有明顯的助益。因此，順應（yīng）汽車行業（yè）的發展趨勢，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（de）輕（qīng）量化水平，不僅可（kě）以提升汽車的各項性能指標，還可以有（yǒu）效控（kòng）製汽（qì）車的生（shēng）產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產（chǎn）業鏈比較長的產業，新能源汽車的輕量化的發展可以（yǐ）帶動產業上下遊相關領域的轉型升級（jí）汽車的輕（qīng）量化涉及汽車（chē）生產、維修、回收等多個相關產業。汽車輕（qīng）量化的快（kuài）速（sù）發展必然會刺激汽車（chē）輕量化材料的研發和革新，對（duì）多材（cái）料混（hún）合運用技術如焊接、鉚接等的發展也將有直接的強勁推動作用，對汽車的生產裝備也會（huì）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（chéng）熟，與之（zhī）配（pèi）套的（de）充電等社會公共設施也（yě）越來越健（jiàn）全，再加上新能源汽車（chē）因（yīn）相較於傳統燃油車更（gèng）低的用車成本等優（yōu）勢，使（shǐ）新能源車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷（xiāo）量（liàng）開始井噴式增長，在此背景下，新能源汽車輕量（liàng）化旺盛的需求對汽車產業上（shàng）下遊（yóu）相關領域轉型升級的推動作用（yòng）越來越強勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應（yīng）用的優勢（shì）

使用先（xiān）進的製（zhì）造工藝、對結（jié）構（gòu）進行優化（huà）設計和應用（yòng）輕量化的（de）材料是目前汽車輕量化的（de）三大（dà）技（jì）術手段。其中輕量化材（cái）料的運用是（shì）最直（zhí）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優勢，因此一開始便便到了汽車工程師的青睞。具體而言，鋁（lǚ）合金在新能源汽車的輕量化領域具有一下優勢：

（１）鋁合金材料可以廣泛應用於新能源汽車的輕量化領域。鋁合金具有較高的比強度和優良的加工成（chéng）形性，可以應用於製造（zào）汽車（chē）的各種部件和零件。鋁合金材（cái）料可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類（lèi）型。其中，熱交換器係統部件、車身骨架、車門等可以應（yīng）用變形（xíng）鋁合金製造；而加（jiā）速踏板、車輪、方向盤、電機外殼等可以應用（yòng）鑄造鋁合金生產（chǎn）。因（yīn）鋁合金的優良性能，使鋁合金在（zài）當前以及今後一段時期內都將是新能源汽車輕（qīng）量化的主要選（xuǎn）材。

（２）鋁合金材料的廣泛（fàn）應用從某種（zhǒng）程（chéng）度上可以降低新能源汽車的生產製造成（chéng）本。鋁礦在地球上的儲存量（liàng）非常大，因此鋁合金材料相較於鎂合（hé）金材料、碳纖維材料等成本更低，此外鋁合金（jīn）具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以實（shí）現非（fēi）常高的回收利用率（lǜ），可以實現（xiàn）新能源汽車生產材料的循環利用。

（３）鋁合金材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（lǚ）合金、高強度鋼、鎂合金、碳纖維材料等。但其中鎂合金和碳纖維材料因價格（gé）、加工工（gōng）藝等因素的製約，目前使用的並不多。而鋁合金材料相較與高強（qiáng）度鋼，比（bǐ）強度高（gāo），密（mì）度較小，減重潛力更大（dà）。

（４）鋁合金材（cái）料製造工藝成熟，除（chú）鑄（zhù）造等成型工（gōng）藝外，還發展出（chū）了焊接（jiē）、鉚接、螺接等多種連接方式（shì）。這些工藝目前都有成熟的在新能源汽車的生產（chǎn）製造過程中運用（yòng）。因此（cǐ），鋁合金材料在眾多汽車輕量化材料中脫（tuō）穎而出，漸（jiàn）漸成為了汽車輕量化的主流材料。

03    新（xīn）能源汽車輕量化（huà）領域鋁合金材料焊接研究現狀

鋁合金在新（xīn）能（néng）源汽車（chē）的輕（qīng）量化中有著舉足輕重（chóng）的（de）作用，但在生（shēng）產和使（shǐ）用過程（chéng）仍麵臨生產工（gōng）藝、安全等挑戰。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，其中焊接因工藝簡單（dān）、性價比高、性能優越以及方便自動（dòng）化流水作業等優點，是當前汽車零部件連接采取的主要工藝（yì）方式。隨（suí）著新能源汽車輕量化需（xū）求的日益旺盛，鋁合金在新能源汽車的生產製造過程中的應用會越來越多。但要提高鋁合金材料在新（xīn）能源（yuán）汽車生產製造中的運用量，就不得不對鋁合（hé）金的焊接工藝進行更深入的研（yán）究，提高鋁合金焊接的（de）質量和效率（lǜ），並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目前已經發展出（chū）多種技術路線，其中廣（guǎng）泛應用於（yú）汽車生產製造中（zhōng）的有有激光焊接、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（jiǎo）拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域（yù）鋁合金激光焊接

激光焊接在汽車（chē）生產製造過（guò）程（chéng）中應用很廣泛，具有焊接效率（lǜ）高，焊接變形小，焊接能量密度高的技（jì）術特（tè）點。在新能源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方向：一個方向（xiàng）是激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭性（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（nài）腐蝕性能研究、接頭的組（zǔ）織及性能研究等。另外一個方向是鋁合金激光焊接過（guò）程中的缺陷，如鋁合金激光焊接頭顯微組織的研究（jiū）、鋁合金激光焊接接頭氣孔（kǒng）、裂紋、變形的預測研（yán）究等。在國內外專家學（xué）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（shàn），焊接接頭的力（lì）學（xué）性能和耐腐蝕性能得到（dào）了較（jiào）大幅度的提升，焊接接頭的缺陷率（lǜ）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（cǐ）外，信息技術的快速迭代（dài）助推了工業機器人的快速發展（zhǎn），以視覺係（xì）統、機（jī）器人技術（shù）以及信息技術加（jiā）持（chí）的遠程（chéng）激光焊（hàn）接技術也在快速的發展。新能源汽車生產過程的鋁合金材料激光焊接技術的自（zì）動化、智能化程度越來越（yuè）高。

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

非熔化極惰性氣體保（bǎo）護電（diàn）弧焊非常適用與薄板鋁合金材料的焊（hàn）接，技術也很成熟（shú）。采用（yòng）ＴＩＧ焊（hàn）接方法焊（hàn）接鋁合金不僅可以獲得美觀（guān）的連續魚鱗狀焊縫，還能自動同步清除鋁合金焊接件表麵的氧化（huà）膜，進而改善鋁合（hé）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有限，當有承載大電流時，容易被熔化（huà）和（hé）蒸發，由此（cǐ）產生的鎢（wū）電極微粒，也有掉入（rù）焊接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焊接要求的缺陷，也限（xiàn）製了ＴＩＧ焊接方法（fǎ）在新（xīn）能源汽車領域的應用。為了適應（yīng）新能源汽車工業快速（sù）發展對於鋁合金焊接高質量、高（gāo）效率的生產要求，近年不少學者對ＴＩＧ焊接進行了改進研究（jiū），成功研（yán）發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法。雙槍ＴＩＧ焊焊接（jiē）電（diàn）弧（hú）集中，相比如（rú）傳（chuán）統ＴＩＧ焊熔深得到（dào）明顯增加（jiā），改變了傳統ＴＩＧ不太適（shì）用於鋁合（hé）金厚板材焊接的境況，而且（qiě）在即（jí）使沒有焊絲的情（qíng）況下也能照常進行有效（xiào）的焊（hàn）接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統ＴＩＧ焊焊（hàn）接（jiē）效率不高的弊端，焊接（jiē）速度在傳統ＴＩＧ焊的基礎上提高了一倍以上，而且焊接電弧穩定，沒有（yǒu）較大（dà）波動，確保了鋁合（hé）金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（zài）焊接質量上進行（háng）了改善和提升，在相同的焊接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可以減少鋁合（hé）金在焊（hàn）接過程中的熱變形，與此同時為增加鋁合金（jīn）焊接件的焊（hàn）縫力學性能，Ａ－ＴＩＧ焊還（hái）改變了活性劑的組（zǔ）成，使鋁合（hé）金焊接接頭的組織性能得到提升。

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

得益於國內外專家學者的持續關注和深入研究，鋁合金焊接技術得到不斷提升，焊接方式也日益豐富（fù）成熟。在當前眾多鋁合金焊（hàn）接技（jì）術中應（yīng）用最廣泛的（de）是（shì）熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金可以獲得非常優質的焊接構件，因此在工程應用中ＭＩＧ焊很受（shòu）工（gōng）程師們的青睞（lài）。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們研究的焦點，近年研發出了不少鋁（lǚ）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（yīng）用頻率最高的。雙脈衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈衝（chōng）焊接技術（shù）發展而來，具有可調參數多，可合理的控製輸入能量，以及可對焊接工藝參數進行靈活的匹配等優點。使（shǐ）用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接鋁合金（jīn）材料可以獲得穩定（dìng）可靠的高質量（liàng）的焊縫。在眾多工業領域廣泛應用的雙極性脈（mò）衝ＭＩＧ焊則結合了反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和（hé）直流正向接法脈（mò）衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸（shū）入的能量進行精確地控製，可以使熔池與焊絲（sī）快速分離，有效地減少飛（fēi）濺。因具有以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超（chāo）薄板的焊接，可以獲得較高質（zhì）量水平的超薄板焊件（jiàn）。

3.4 新能源汽車領（lǐng）域鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊（hàn））

鋁合金攪拌摩擦焊經過近３０年的發展，在厚鋁合金板材焊接（jiē）方麵有了重大突破，已經可以高（gāo）效率（lǜ）高質量的焊接１．２至６毫米的厚鋁合（hé）金板（bǎn）材。鋁合金攪拌摩擦焊經（jīng）過幾十年的發展革新，也從單一（yī）能場焊接發（fā）展出了多種複合能場（chǎng）焊機方式。鋁合金攪拌摩擦焊的研究也吸引（yǐn）了國內（nèi）外學者的關注，其中（zhōng）攪拌摩擦焊焊接接頭（tóu）的裝配方式和焊（hàn）接工藝參（cān）數是當下研究的重點（diǎn）。其中，在接（jiē）頭（tóu）裝配方（fāng）式（shì）的選擇上，有Ｔ型裝配（pèi）、對接、對－搭接和搭接等。

04   新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究展望

科（kē）技一（yī）般指科學技（jì）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（jì）二者既有密切聯係，又有重要區別。實際二（èr）者既有（yǒu）密切聯係，又有重要區（qū）別。科學解（jiě）決理論問題，技術解決實際問題。

新能（néng）源汽車尤其（qí）是其中的純電動汽車，因電池技術的（de）瓶頸和自身結構的特殊性（xìng），車輛的迫切需要輕量化，以期通過減少自身重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生循環（huán）利用（yòng），因此在汽車（chē）輕量化材料中具有明顯的（de）優勢，越（yuè）來越廣泛（fàn）的應用於新（xīn）能源汽車的生產（chǎn）製造過（guò）程中（zhōng）。新能源汽車在生產製造中的（de）鋁合金使用（yòng）量已經超過多數的傳統燃油車。隨著（zhe）我國新能源汽車近幾年的井噴式發展（zhǎn），必（bì）然會進（jìn）一步拉動鋁合金在汽車行業的廣泛應用。因此關（guān）於（yú）提升鋁合金焊接件的焊接質（zhì）量的研究將會（huì）成（chéng）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（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（huì）更加深入，為新能源汽車輕量化中鋁合金的應用，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）的生產製造中充分發揮減重優勢。

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