新能源汽車（chē）輕量化領域鋁合金焊接技術

汽車工業幾十年的高速發展所帶來（lái）的能源（yuán）消耗和環境（jìng）汙（wū）染的問題日益突出，已經成（chéng）為全球汽車工業亟需著手解（jiě）決的時（shí）代命題。大力（lì）發展新能源汽車是應（yīng）對汽車產業發（fā）展危機的有效方案，也是實（shí）現我國“雙碳”目標的重要舉（jǔ）措。但新能源汽車的發展，目前仍麵臨著諸多挑（tiāo）戰，其中續航焦慮是新能源汽車推（tuī）廣的最大障礙。而新（xīn）能源（yuán）汽車與傳統燃油車結構的不同，車身更（gèng）重。在此背景下，新能（néng）源汽車的輕量化需求相比傳統燃油車更加迫切。在當前汽車輕量化的手段中，最行之有效的是材料的輕量化（huà）。鋁合金材料作為一（yī）種性（xìng）能優異的輕合金材料，廣泛應用於汽（qì）車的（de）輕量化領域。因此，深（shēn）入研究鋁合金焊（hàn）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（de）發（fā）展具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕量化的戰（zhàn）略意（yì）義

1.1 新能源汽車的輕量（liàng）化對提升新能（néng）源汽車的續航裏程具有重要（yào）意義

為響應我國的“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（dī）碳排放的（de）曆史使命，責任重大。對此，近年我國大力發展新能源汽車（chē）產業，出台多項政策刺激和引導新能源汽車產業（yè）的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐漸被（bèi）廣大消費者接受與青（qīng）睞，近年在國內汽車消費市場的滲透率逐年（nián）提升。具中國汽車工（gōng）程學會預測，到（dào）２０３５年（nián）中國汽車市場的（de）大部分份（fèn）額將被新能（néng）源汽（qì）車占據，且（qiě）純電動汽車（chē）將成為新能源汽車（chē）的絕（jué）對主力。對於（yú）純電動汽車而言，因受製於目前電池技（jì）術，整車（chē）整備質量相較於傳統燃油車（chē）反而顯著增（zēng）加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對提升續航裏程（chéng）有著非常顯著的作用。據統計，在純電動汽車的（de）動力電池（chí）重（chóng）量不變的前提下，整車整備質量（liàng）每減輕１００公斤（jīn），續航裏程可以增加１２－１３公裏。

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

汽車的輕（qīng）量化（huà）除了可以顯著降低（dī）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（dòng）性能、行車（chē）噪音、行（háng）駛平順性等也都（dōu）有明顯的助益（yì）。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕量化材料的運用和結構設計，提升新（xīn）能源（yuán）汽車的輕量化水（shuǐ）平，不僅可以提升汽車的各項（xiàng）性能指標，還可以有效控製汽車的生產成本，提高（gāo）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（yuán）汽車的輕量化的發展可以帶動產業（yè）上（shàng）下（xià）遊相關領域的轉型升級汽車的輕（qīng）量化涉及汽車生產、維修、回收（shōu）等（děng）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料（liào）的研發和革新，對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，對汽車的生產裝備也會提出更高的要求。近年新能源汽車技術飛（fēi）速發（fā）展，技術越來越成熟，與之配套的充電（diàn）等（děng）社會公共設施也（yě）越來越健全，再加上新能源汽車因（yīn）相較於傳統（tǒng）燃油車更低的（de）用車成本等優勢，使（shǐ）新能源（yuán）車越來越受到消費者的喜愛。新能源汽車的銷量開始井噴（pēn）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    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應用的優勢

使用先進的（de）製（zhì）造工藝、對結構（gòu）進行優化設計和應用輕量化的材（cái）料是目前汽車輕量化的三大技術手段。其中輕量化材（cái）料的運用是最直接、最（zuì）有效的（de）方式。相（xiàng）比其他工程材料，鋁合金材（cái）料因具備諸（zhū）多優勢，因此一開始便便到了汽車工程師的青睞。具體（tǐ）而言，鋁合金在新能源汽車的輕量化領（lǐng）域具（jù）有一下優勢：

（１）鋁合金材料可以廣泛（fàn）應用於新（xīn）能源汽車的輕量化（huà）領域。鋁合金具有較（jiào）高的比強度（dù）和優良的加工成形性，可以應用於（yú）製（zhì）造汽車（chē）的各（gè）種部件和零件。鋁合金材料（liào）可分為變（biàn）形鋁合金和鑄造鋁（lǚ）合金兩大類（lèi）型。其中，熱交換器（qì）係統部件、車身骨架、車門等可以應用變形（xíng）鋁合金製造（zào）；而加速踏板、車輪、方向盤、電機外（wài）殼等可以應用鑄造（zào）鋁合金生產（chǎn）。因鋁合金的優良性能，使鋁合金在當前以及今後一段時期內都將是新（xīn）能源汽車輕量化的主要（yào）選材。

（２）鋁合金材料的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（dì）球（qiú）上的儲存量非常大，因此鋁合金材料相較於鎂（měi）合金材料（liào）、碳纖維材料等成本更低，此外鋁合（hé）金具有良好的耐蝕性，且熔點低（dī），可以實現非常高的回收（shōu）利用率，可以實現（xiàn）新能源汽車生產材料的循環利用。

（３）鋁合（hé）金材料相較於其他汽車輕（qīng）量化材料減（jiǎn）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（hé）金和碳纖維材料因價格、加（jiā）工工藝等因素的製約，目前使用的並不多。而鋁（lǚ）合金材料相較與高強度鋼，比強度高，密度較小，減重潛力更（gèng）大（dà）。

（４）鋁合金材料製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝（yì）外，還發展出了焊接（jiē）、鉚接、螺接等多種連接方（fāng）式。這些工藝目前都有成熟的在新能源汽車（chē）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（liào）中脫穎而（ér）出，漸漸成為了汽車輕量化的（de）主流材料。

03    新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究（jiū）現（xiàn）狀

鋁合金在新能源汽車的輕量（liàng）化中有著舉足輕重的作用，但在生產和使用過（guò）程（chéng）仍麵臨生產工藝、安全等挑戰。汽車生（shēng）產製（zhì）造過程中各零部（bù）件的連接方式有（yǒu）焊接、鉚接、螺接等，其（qí）中焊接因工藝簡單、性價比高、性能優（yōu）越以（yǐ）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（gōng）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生（shēng）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能源汽車生產製造中的運用（yòng）量，就不得不對鋁合金的焊接工藝進行更深（shēn）入的研究，提高鋁合金焊接的質量和效率，並有效降低成（chéng）本。焊接作（zuò）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（qí）中廣泛應用於汽車生產製（zhì）造中的有有激光（guāng）焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦（cā）焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新（xīn）能源汽車領域鋁合金（jīn）激光焊接

激光焊接在汽車生產（chǎn）製造過程中應用很廣泛，具有焊接效率高，焊接變形小，焊（hàn）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激光焊接，國內外專家學（xué）者的研究主要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個方（fāng）向是激光焊（hàn）接工藝對鋁合金焊接（jiē）接頭性能影響，如（rú）激光焊接工（gōng）藝對（duì）鋁合金焊接接頭的力學（xué）性能和耐腐蝕性（xìng）能研究、接頭的組織及性能研究等。另外一個方向是鋁合（hé）金激光焊接過程中的缺陷，如鋁合金激光（guāng）焊接頭顯微組織的研究、鋁合金激光焊（hàn）接接頭氣孔、裂紋、變（biàn）形的預測研究等。在國內外專家學者的共同努力下，鋁合（hé）金材料激光焊接工藝得到了不斷地改善，焊接接（jiē）頭的力學性能和耐腐蝕性能得到了（le）較大幅度的提升，焊（hàn）接接（jiē）頭的缺（quē）陷率也得到了很好的控製，能較好的滿足新能源（yuán）汽車生產製造的工藝需求。此外，信息技術的快速迭代助推了工業機器人的快速發展，以視（shì）覺（jiào）係統、機器人技術以及信息技術加持的遠程激光焊接（jiē）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（jī）光焊接技術的自（zì）動（dòng）化（huà）、智能化程度越來越高。

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

非熔化極惰性氣體保護電弧焊非常適用與薄板鋁合金材料（liào）的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可以獲得美觀（guān）的連續魚鱗狀焊縫，還（hái）能自動（dòng）同步清除鋁合金焊接件表麵的氧（yǎng）化膜，進而改善鋁合金焊接接頭的（de）質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺陷，它的（de）鎢電（diàn）極承載電流的能力有限，當有承載大電流時，容易被熔化和蒸（zhēng）發（fā），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（kě）能。除（chú）此之外，生產效率低、熔深淺、熔敷速度小等不能滿足高效（xiào）高質量的焊接（jiē）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（zhǎn）對於鋁合金（jīn）焊接（jiē）高（gāo）質量、高（gāo）效率的生產要求，近（jìn）年不少學者對ＴＩＧ焊接進（jìn）行（háng）了改（gǎi）進研究（jiū），成功研發出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方（fāng）法（fǎ）。雙槍ＴＩＧ焊焊（hàn）接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加，改變了（le）傳統ＴＩＧ不太適用於鋁合金厚板材焊接的境況（kuàng），而且在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（chuán）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（shàng），而且焊接電弧穩定，沒有較大波動（dòng），確保了鋁合金焊（hàn）接接頭優良的性能，以及良好的焊接成形外觀（guān）。而Ａ－ＴＩＧ焊（hàn）則在焊接質量上（shàng）進行了改善（shàn）和提升，在相同的焊（hàn）接速度下，Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳（chuán）統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進而可（kě）以減少鋁合金在焊接過程中的熱變形，與此（cǐ）同（tóng）時為增加鋁合金焊（hàn）接件的焊（hàn）縫（féng）力學性能（néng），Ａ－ＴＩＧ焊還改（gǎi）變了活性（xìng）劑的組（zǔ）成，使鋁合金焊接（jiē）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（huà）極惰性氣（qì）體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國（guó）內（nèi）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（yì）豐（fēng）富成熟。在當前眾多鋁合金焊（hàn）接技術中應用最廣泛的是熔化極（jí）惰性氣體（tǐ）保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采（cǎi）用ＭＩＧ焊焊接（jiē）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焊很受工程師們（men）的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們（men）研究的焦點，近年研發出了不少鋁合金ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈衝（chōng）ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是（shì）鋁合金ＭＩＧ焊新（xīn）工藝中應用（yòng）頻率最高的。雙脈（mò）衝ＭＩＧ焊是通過改進優化單脈（mò）衝焊（hàn）接技術發展而（ér）來，具有可調參數多，可合理的控製輸入（rù）能量，以及可對焊接（jiē）工藝參數進行靈活的匹配等優點。使用雙脈衝ＭＩＧ焊（hàn）焊接鋁合（hé）金材料可以獲得穩定可靠（kào）的高質量的焊縫。在眾多工業領（lǐng）域廣泛應用的雙（shuāng）極性（xìng）脈衝ＭＩＧ焊則結合（hé）了反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊（hàn））。而作為短（duǎn）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（jīng）確地控製，可以使熔（róng）池與焊絲快（kuài）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焊接，可以（yǐ）獲得較（jiào）高質量水平的超薄板焊件。

3.4 新能源汽車領域鋁合金攪拌摩擦（cā）焊（ＦＳＷ 焊）

鋁合金攪拌摩擦焊經（jīng）過近３０年的（de）發展（zhǎn），在厚鋁合金板材（cái）焊接方麵有了重大突破，已（yǐ）經可以高效率高（gāo）質量的焊接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，也從單一能場焊接（jiē）發展出了（le）多種複合能場焊機方式。鋁合金攪拌摩（mó）擦焊的研究也吸引了國內外學（xué）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（cān）數是當下研究的（de）重（chóng）點。其中，在接頭裝（zhuāng）配方式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接（jiē）和搭接等。

04   新能源汽車輕量化領域鋁合金（jīn）材料焊接研究展望

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

新能（néng）源汽車尤其是其中的純電（diàn）動汽（qì）車，因（yīn）電池技術的瓶頸和自身結構的特殊性，車（chē）輛（liàng）的迫切需要輕量化，以期通過減少自身（shēn）重量從而增加續（xù）航裏程。鋁合金材料不僅性能優異且（qiě）可實現再生循環利用，因此在汽車輕量化材料中（zhōng）具有明顯（xiǎn）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（néng）源（yuán）汽車在生產製造（zào）中的鋁合金使用量已經超過多數的傳統燃油車。隨著我（wǒ）國新能源汽車近幾年的井噴式發展（zhǎn），必然會（huì）進一步拉動鋁合金在汽車行業的廣泛應（yīng）用。因此關於（yú）提升（shēng）鋁（lǚ）合金焊（hàn）接件的焊（hàn）接質量的研究將會成為研究焦點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化極惰性氣（qì）體保護焊（ＭＩＧ焊）、鋁合金攪拌摩擦（cā）焊（ＦＳＷ焊）等鋁（lǚ）合金焊接技術的（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，提供更加堅實的技術支撐，從而保障鋁合金在新能源汽車的生產製造中充分發揮減重優勢。

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